Transistores de proteínas transformam células em computadores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/04/2020

Esta é uma ilustração conceitual de células vivas contendo portas lógicas de proteínas projetadas para detectar múltiplos sinais e se tornar bioluminescentes quando todos os sinais estão presentes.
[Imagem: MolGraphics/UW Medicine Institute for Protein Design]

Computação biológica

As mesmas ferramentas básicas que permitem que os computadores funcionem - os transistores - agora estão sendo usadas para controlar a vida no nível molecular.

A diferença é que, em vez de serem feitos com materiais semicondutores, esses "biotransistores" são feitos de proteínas. Esta é a base da biocomputação.

Zibo Chen, da Universidade de Washington, nos EUA, criou agora proteínas artificiais que funcionam como portas lógicas moleculares. Esses componentes podem ser usados para programar o comportamento de sistemas mais complexos, da mesma forma que seus equivalentes eletrônicos.

"Os bioengenheiros já criaram portas lógicas de DNA, RNA e proteínas naturais modificadas, mas elas estão longe de serem ideais. Nossas portas lógicas construídas a partir de proteínas projetadas a partir do zero são mais modulares e versáteis e podem ser usadas em uma ampla gama de aplicações biomédicas," disse o professor David Baker.

A equipe demonstrou que as proteínas projetadas em laboratório podem ligar e desligar genes dentro de células do sistema imunológico humano, as chamadas células T. O objetivo a longo prazo é melhorar a segurança e a durabilidade de terapias baseadas em células, sendo parte da chamada biologia sintética.

Este gráfico compara como as portas AND - eletrônicas e de proteínas - respondem quando nenhuma entrada está presente, quando apenas A ou B está presente e quando A e B estão presentes.
[Imagem: UW Medicine Institute for Protein Design]

Portas bio-lógicas

Sejam eletrônicas ou biológicas, as portas lógicas detectam e respondem a sinais de entrada de maneiras predeterminadas. Um dos comportamentos mais simples é a porta AND, um circuito que produz uma saída somente quando duas entradas estão presentes simultaneamente. Uma porta NOR, por sua vez, produz a saída somente se duas entradas específicas estiverem ausentes.

Por exemplo, ao manter pressionada em um teclado a tecla Shift, ao mesmo tempo em que pressiona a tecla A, você obtém uma letra A maiúscula. As portas lógicas feitas de componentes biológicos visam trazer esse nível de controle para os sistemas de bioengenharia.

Com as portas lógicas adequadas operando dentro de células vivas, a presença ou ausência de duas moléculas diferentes - ou uma e não a outra - podem fazer as vezes das teclas de um teclado, fazendo com que uma célula produza uma saída específica, como ativar ou suprimir um gene.

"O computador de orientação da Apolo 11 inteiro foi construído a partir de portas eletrônicas NOR," exemplificou Zibo Chen. "Conseguimos fabricar portas NOR de proteínas. Elas não são tão complicadas quanto os computadores de orientação da NASA, mas são um passo importante para a programação de circuitos biológicos complexos a partir do zero".

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