Veja a primeira imagem em nanoescala de uma membrana celular viva

Uma imagem revelou detalhes que poderiam finalmente solucionar um longo debate sobre como uma membrana celular viva em um nível de nanoescala, realmente funcionam.

A técnica utilizada poderia mudar fundamentalmente como as estruturas em nanoescala são estudadas em seres vivos. A pesquisa, que foi feita por uma equipe do Laboratório National Oak Ridge, no Tennessee (EUA), utilizou uma mistura de técnicas de rotulagem genética e química para adicionar um isótopo de hidrogênio às membradas das células de um Bacillus subtilis vivo.

Basicamente, as membranas de todas as células vivas são compostas por camadas finas de moléculas de gordura, ou lipídios, que servem de suporte para uma variedade de outros materiais orgânicos, que incluem canais de proteínas e cadeias de carboidratos. Esses lipídios formam barreiras dentro e fora das células, enquanto as proteínas geralmente compõem estruturas semelhantes a portões para controlar o que entra e sai. Outros produtos, como os carboidratos, atuam como etiquetas.

Embora todo esse conceito básico pareça simples, ele de fato já gerou muito debate no ramo da citologia, especialmente sobre a existência de algo chamado “jangada lipídica” (lipidraft). Estas são seções de uma membrana que operam como domínios distintos, fazendo com que ajam como se fossem um quebra-cabeça. A hipótese principal sugere que o movimento dessas jangadas pode atuar como um mecanismo de controle extra para célula, deslocando proteínas para dentro e fora da ação.

“Transformou-se um debate,” diz o pesquisador principal John Katsaras. “Algumas pessoas acreditavam que elas existiam, enquanto outras acreditavam que não. Havia muita evidência circunstancial que poderia apoiar ambos os lados”. Frequentemente, as estruturas celulares são analisadas por meio de marcadores fluorescentes, que buscam marcar uma determinada molécula, a fim de facilitar seu processo de detecção por meio de microscópios.

Contudo, não há uma maneira exatamente clara para definir onde uma jangada lipídica começa ou termina. Mesmo se houvesse, elas são tão pequenas que não poderiam ser vistas por microscopia de luz. Logo, apenas um modelo eletrônico poderia ajudar a melhorar sua resolução, embora a célula não apareça de forma funcional enquanto está sendo observada.

Com isso em mente, a equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Oak Ridge, usou uma técnica de dispersão de nêutrons para resolver as diferenças mais sutis no arranjo de moléculas na membrana celular de uma bactéria. Isso não só proporcionou uma melhor resolução em nanoescala, como também preservou as funções da membrana, permitindo que uma imagem detalhada de suas camadas externas fosse feita sem destruí-la.

Contudo, os pesquisadores ainda tinham uma questão a ser resolvida, a da jangada de lipídios. Para resolver esse problema, os cientistas precisavam ser capazes de distinguir diferentes moléculas de gordura. E foi aí que os isótopos entraram. O núcleo de 99,98% de todos os átomos de hidrogênio no Universo não é mais do que um único próton. Enquanto isso, uma minúscula fração de 1% de átomos de hidrogênio vem com um nêutron, chamado de deutério.

Tanto o hidrogênio como o deutério realizam o mesmo trabalho nas moléculas que compõem nossas células, espalhando nêutrons de maneiras diferentes. Os pesquisadores então criaram uma estirpe deB. subtilis que iria organizar os lipídios em proporções ligeiramente diferentes de hidrogênio e deutério em sua membrana. Embora estivessem esperando ver um arranjo uniforme de moléculas de gordura, viram distinções na forma como os lipídios foram dispostos em regiões que combinavam com o tamanho estimado dos domínios hipotéticos. Enquanto isso não apareceu de forma tão visível nas imagens apresentadas, elas lhe deram uma ideia de como a célula de uma bactéria é estruturada.

A equipe acredita que a técnica do uso de deutério e dispersão de nêutrons em células vivas possa ser usada para mudar fundamentalmente a forma como as estruturas em nanoescala são estudadas em seres vivos. “As pessoas que estudam essas coisas tendem a usar tipos particulares de sondas”, diz Katsaras. “Eles não usaram a dispersão de nêutrons porque não estava no nível de compreensão do biólogo. Nossa nova abordagem experimental abre novas áreas de pesquisa”.

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