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Um conjunto de ferramentas genético para produzir nanoparticles magnéticos multifuncionais

As bactérias magnéticas puderam logo ser usadas para a produção de matérias biológicos novos. Uma equipe dos microbiologista na universidade de Bayreuth conduziu pelo prof. que o Dr. Punhal Schüler desenvolveu um sistema modular para reprogramming genético das bactérias, transformando desse modo os organismos em fábricas de pilha para os nanoparticles magnéticos multifuncionais que combinam várias funções e propriedades úteis. Devido a seus propriedades magnéticas excepcionais e bom biocompatibility, estes nanoparticles puderam ser um material novo prometedor no campo biomedicável e biotecnológico. No jornal “pequeno” os cientistas apresentaram seus resultados.

Dos magnetosomes aos nanoparticles versáteis

As bactérias magnéticas do gryphiswaldense de Magnetospirillum da espécie alinham seu comportamento da natação ao longo do campo magnético da terra. Dentro das pilhas, os nanoparticles magnéticos, os magnetosomes, são arranjados na corrente-como a maneira, formando desse modo uma agulha intracelular do compasso. Cada um magnetosome consiste em um núcleo de óxido magnético do ferro cercado por uma membrana. Além do que lipidos, esta membrana igualmente contem uma variedade de proteínas diferentes. Os microbiologista da universidade de Bayreuth têm sucedido agora no acoplamento dos grupos funcionais bioquìmica activos, que originam dos vários organismos estrangeiros, a estas proteínas. Os começos aqui usados método na fase dos genes que são responsáveis para a biosíntese das proteínas da membrana. Estes genes bacterianos são fundidos aos genes estrangeiros de outros organismos que controlam a produção das proteínas funcionais respectivas. Assim que os genes forem reintegrados no genoma, as bactérias reprogrammed produzem os magnetosomes que indicam estas proteínas estrangeiras instaladas permanentemente na superfície da partícula.

No estudo, quatro grupos funcionais diferentes (isto é proteínas estrangeiras) foram acoplados às proteínas da membrana. Estes incluem a oxidase de glicose da enzima de um fungo de molde, que seja usado já biotecnològica, por exemplo como do “um sensor açúcar” em doenças do diabetes. Além, uma proteína fluorescente verde de uma medusa e uma enzima deprodução da bactéria Escherichia Coli, cuja a actividade pode facilmente ser medida, foram instaladas na superfície dos magnetosomes. O quarto grupo funcional é um fragmento do anticorpo de uma Lama (alpaca) que seja usada como um conector versátil. Assim, todas estas propriedades que incluem a magnetização magnífica dos magnetosomes são codificadas genetically nas bactérias.

“Usando esta estratégia genética, nós reprogrammed as bactérias para produzir os magnetosomes que incandescem verde quando irradiados com luz UV e ao mesmo tempo funções biocatalíticas novas do indicador. As várias funções bioquímicas podem precisamente ser instaladas em suas superfícies. Desse modo, os magnetosomes das bactérias vivas são transformados em nanoparticles multifuncionais com funções e propriedades fascinantes. Além disso, as partículas permanecem inteiramente - funcional quando são isoladas das bactérias - que podem facilmente ser executadas se aproveitando suas propriedades magnéticas inerentes,” diz o professor Punhal Schüler, que conduziu a equipa de investigação.

Um conjunto de ferramentas genético para aplicações na biomedicina e na biotecnologia

Functionalization dos magnetosomes é limitado de modo algum aos grupos funcionais que foram instalados na superfície da partícula pelos microbiologista de Bayreuth. Em lugar de, estas proteínas podem facilmente ser substituídas por outras funções, assim fornecimento de uma plataforma altamente versátil. Reprogramming genético abre conseqüentemente um espectro largo para projectar a superfície magnetosome. Fornece a base para “um conjunto de ferramentas genético” que permita a produção de nanoparticles magnéticos costurados, combinando funções e propriedades úteis diferentes. Cada um destas partículas está entre três e cinco nanometres em tamanho.

Nossa aproximação da genética é altamente selectiva e precisa, comparado a, por exemplo, as técnicas de acoplamento químicas que não são como eficiente e não faltam este alto nível do controle.”

Dr. Frank Mickoleit, primeiro autor do estudo, microbiologista de Bayreuth

Aponta a uma vantagem decisiva dos matérias biológicos novos: “Os estudos precedentes mostram que os nanoparticles magnéticos são nao prejudiciais provável às culturas celulares. O bom biocompatibility é uma condição prévia importante para a aplicação futura das partículas na biomedicina, por exemplo como agentes do contraste em técnicas de imagem lactente magnéticas ou como sensores magnéticos nos diagnósticos. No futuro, por exemplo, as partículas similares puderam ajudar a detectar e destruir pilhas do tumor. Os sistemas do bioreactor são um outro campo de aplicação. Os nanoparticles magnéticos equipados com os catalizadores minúsculos seriam altamente apropriados com esta finalidade e permitiriam processos bioquímicos complexos.

“Há um potencial enorme da aplicação para os nanoparticles que indicam grupos funcionais diferentes na superfície, particularmente nos campos biotecnologia e biomedicina. As bactérias magnéticas agora podem servir como uma plataforma para um nano-conjunto de ferramentas versátil, faculdade criadora científica inspirador no campo da biologia sintética. Iniciará uma pesquisa interessante mais adicional aproxima-se”, adiciona o microbiologista Clarissa Lanzloth B.Sc., que foi envolvido no estudo novo como o co-autor durante a conclusão de sua tese de Mestrado “na bioquímica e na biologia molecular” em Bayreuth.

Source:
Journal reference:

Mickoleit, F., et al. (2020) A Versatile Toolkit for Controllable and Highly Selective Multifunctionalization of Bacterial Magnetic Nanoparticles. Small. doi.org/10.1002/smll.201906922.