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Os princípios da ciência alimentar ajudam cientistas a compreender funcionamentos internos de compartimentos celulares

Os pesquisadores da medicina de Johns Hopkins relatam que os princípios da ciência alimentar os ajudaram a determinar como as gotas incomuns dentro das pilhas ficam organizadas e evitam se dissolver no resto do interior gelatinoso da pilha.

Os pesquisadores dizem que seu trabalho poderia avançar a compreensão científica da evolução da pilha e ajudar cientistas no alimento e na indústria química a desenvolver melhores maneiras de manter misturas líquidas da separação.

As pilhas de todos os organismos vivos guardaram uma coleção das mini máquinas biológicas chamadas os organelles. Estas estruturas executam as mitocôndria da central eléctrica da pilha, o núcleo esperto e outras operações, tudo com uma beira definida e encerraram-nos em uma membrana. Contudo, há outras peças da pilha que aparecem como “gotas viscosos, membrana-livres,” mas servem finalidades distintas, tais como genes de regulamento, enviando sinais ou locais de armazenamento químicos para moléculas especializadas.

Os cientistas têm o pensamento que longo estas gotas um tanto confundindo puderam ser uma versão primordial dos organelles, e o Johns Hopkins-conduziu a equipa de investigação trabalhada com sem-fins do laboratório para estudá-los mais.

Um relatório nos resultados da equipa de investigação sobre estas gotas, que são chamadas condensados biomoleculares, aparece Sept. 10 na ciência.

Eu espero que este trabalho ajudará a convencer cientistas que os condensados biomoleculares são compartimentos celulares altamente sofisticados. Nós encontramos que regularam papéis e respondem ao ambiente, apenas como outros organelles. E nós encontramos que têm as membranas, apenas não o tipo que nós somos usados à vista.”

Geraldine Seydoux, Ph.D., professor de Huntington Sheldon na descoberta médica e decano vice para a investigação básica na Faculdade de Medicina e no investigador da Universidade Johns Hopkins no Howard Hughes Medical Institute

Os condensados biomoleculares eram “grânulo primeiramente dublados” nos anos 70 pelos cientistas que usaram a microscopia de elétron para espreitar mais pròxima nas estruturas em muitos organismos, incluindo as criaturas squiggly chamadas os elegans do C., cuja a biologia relativamente simples lhes fez um modelo comum do laboratório para estudar tudo da tecnologia moderna da gene-estaca à estrutura da proteína. Os condensados nos sem-fins, que olham resistentes e similares na aparência às grões de areia, são sabidos como grânulo de P.

Em 2014 no laboratório de Seydoux, o aluno diplomado Jennifer Wang conduziu análises genéticas para encontrar uma proteína chamada MEG-3 em grânulo do sem-fim P. As experiências de Wang mostraram que uma outra proteína, PGL-3, cria as gotas do líquido viscoso, o “núcleo” de grânulo de P, e que MEG-3 se demora na parte externa do grânulo de P, fazendo a “conjuntos pequenos” esse revestimento a superfície dos grânulo de P.

“O que nós não compreendemos éramos estas proteínas poderíamos apenas se atrasar na parte externa dos grânulo de P contudo para ser tão integral a estabilizar o interior dos grânulo,” diz Seydoux.

O mistério era ainda não-resolvido quando, em janeiro de 2020, Seydoux procurava as palavras direitas para descrever suas observações. Ela Googled “sólidos que estabilizam líquidos” e referências encontradas ao conceito da ciência alimentar de emulsões de Pickering. “Eu tive um momento de OMG quando eu li mais sobre este fenômeno,” digo Seydoux.

Uma emulsão é uma mistura de dois líquidos que não misturam normalmente bem, como o petróleo e a água. Uma emulsão de Pickering é tal mistura que é estabilizada, como a caixa diária de leite da mercearia.

O leite de vaca não processado é naturalmente instável, e as gotas gordas no leite tendem a glom junto para reduzir a área de superfície total entre as moléculas gordas. As moléculas gordas - ou o creme - aumentam à parte superior e separam do soro, ou do líquido aquoso no leite.

Para evitar a separação do leite e estabilizar o líquido, os processadores da leiteria empurram o leite através de uma agulha pequena, que quebre acima as gotas gordas, as revista com uma proteína chamada caseína e as evite criar uma camada cremosa de moléculas gordas fundidas.

Seydoux diz que lhe ocorreu que MEG-3 pôde actuar em uma maneira muito similar ao efeito da caseína no leite, abaixando a tensão de superfície das gotas para as manter da fusão junto. E a tendência de MEG-3 permanecer em torno da superfície de grânulo de P sugeriu-lhe que actuasse como um tipo da membrana, ela adiciona.

Em suas experiências, Seydoux e sua equipe mostraram que as gotas PGL-3 revestidas com a estada MEG-3 separaram uniformente em placas de vidro, com duas vezes tantas como gotas comparadas com os condensados sem revestimento que fundem junto, formando menos e gotas maiores na placa de vidro.

“Este é um fenômeno conhecido na ciência alimentar, e agora nós vemos que pode igualmente acontecer dentro de uma pilha,” dizemos Seydoux.

Seydoux e sua equipe igualmente projectaram as pilhas de ovo do sem-fim que faltaram MEG-3 e viram que os grânulo sem revestimento de P se dissolveram mais lentamente. Isto e outras experiências, dizem Seydoux, sugerem que MEG-3 estabilize não somente as gotas em condições normais mas igualmente permita que as gotas respondam mais rapidamente quando as circunstâncias ambientais mudam.

A equipe de Seydoux de estudantes pos-doctoral, incluindo o especialista Andrew Folkmann da imagem lactente da pilha e o bioquímico Andrea Putnam, ajuda procurada para terminar seus estudos de um perito na química física que poderia os guiar com a física de emulsões de Pickering.

Diversos meses após ter adicionado o Lee do ventilador de Chiu do bioengineer da faculdade imperial de Londres à equipe, ajudou-os a identificar um componente faltante em seu modelo do sem-fim MEG-3: uma enzima chamou MBK-2 que ajuda o líquido dentro dos grânulo de P se torna menos viscoso.

“Junto, estas experiências fornecem uma explicação para como esta sopa primordial dentro das pilhas pode montar nos compartimentos que resistem fundir junto e que respondem às sugestões desenvolventes,” diz Seydoux.

A equipe planeia uns estudos mais adicionais determinar a estrutura física precisa de MEG-3 e detalhes adicionais sobre como trabalha. Se uns estudos mais adicionais filtram para fora, MEG-3 poderia fornecer um recurso renovável para desenvolver emulsões de Pickering no alimento e indústria química, diz.

Seydoux e a equipe arquivaram patentes no uso de MEG-3 como uma ferramenta para desenvolver emulsões de Pickering.

Source:
Journal reference:

Folkmann, A.W., et al. (2021) Regulation of biomolecular condensates by interfacial protein clusters. Science. doi.org/10.1126/science.abg7071.