Usando silicateínas, proteínas responsáveis pela formação dos esqueletos de sílica em esponjas marinhas, os pesquisadores criaram uma nova arquitetura mineral, dirigindo a evolução dessas enzimas. Silicateínas - codificadas geneticamente -, servem como modelos para os esqueletos de sílica e controlam sua mineralização, participando assim em processos similares pelos quais ossos de animais e humanos são formados. O silício, um dos componentes da SiO₂, é o principal material encontrado em semicondutores manufaturados comercialmente.

Nesse estudo, microesferas de poliestireno, revestidas com silicateínas específicas, foram postas numa reação de mineralização, tendo as esferas sido encubadas numa emulsão de água e óleo, a qual continha precursores químicos para mineralização: sílica ou titânio dissolvidos na fase óleo ou água da emulsão. À medida que as silicateínas reagiam com os metais dissolvidos, estas precipitaram, integrando os metais na estrutura resultante e formando nanopartículas de dióxido de silício ou dióxido de titânio.

Com a criação de um "pool genético de silicateína", através do que Bawazer chamou eufemisticamente de "sexo molecular" - combinação e recombinação de vários materiais genéticos de silicateína -, os cientistas foram capazes de criar uma população de silicateínas e, a seguir, selecionar as que possuíam as propriedades desejadas.

"Essa população genética foi exposta a dois ambientes de pressão, que deram forma aos materiais selecionados: as silicateínas, necessárias para produzir (na verdade, mineralizar) materiais diretamente na superfície das esferas, ou seja as estruturas minerais necessárias, passíveis de rompimento físico, para a exposição dos genes codificantes", disse Bawazer. As esferas que exibiram mineralização foram selecionadas das que não sofreram, depois fraturadas para liberar a informação genética que continham, que poderiam ser estudadas ou que poderiam sofrer novas evoluções.

O processo levou a formas de silicateínas não disponíveis na natureza, que se comportavam de maneira diferenciada na formação de estruturas minerais. Por exemplo, algumas silicateínas se auto-ordenaram em camadas e dispersaram as nanopartículas naturais, se opondo ao comportamento típico de aglomeração observado nas silicateínas naturais. Em alguns casos, materiais cristalinos também foram formados, demonstrando a habilidade de formar cristais, adquirida através de evolução direcionada, disse Bawazer.

Pelo fato de silicateínas serem enzimas, disse Bawazer, com cadeias de aminoácidos relativamente longas e que podem se moldar em formas precisas, existe o potencial para uma maior funcionalidade, diferentemente daquela que seria possível pelo uso de biopolímeros mais curtos ou abordagens sintéticas mais tradicionais. Melhor ainda, o processo pode potencialmente trabalhar com uma variedade de metais, podendo fazer evoluir diferentes tipos de materiais. Mudando os ambientes de laboratório controlados, nos quais a evolução direcionada ocorre, será possível fazer evoluir materiais com capacidades específicas, como uma célula solar evoluída de alto desempenho, por exemplo. "Aqui demonstramos a evolução da estrutura do material. Eu gostaria de dar um passo adiante e fazer evoluir o desempenho desses materiais em um dispositivo funcional", comentou Bawazer.

Universidade da Califórnia - Santa Barbara (Tradução - AGS).

Nota do Scientific Editor - O trabalho "Evolutionary selection of enzymatically synthesized semiconductors from biomimetic mineralization vesicles", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Lukmaan A. Bawazera, Michi Izumib, Dmitriy Kolodinc, James R. Neilsona, Birgit Schwenzerb e Daniel E. Morse", tendo sido publicado na revista PNAS, volume 109, E1705-E1714, (2012). Pode ser acessado no link dx.doi.org/10.1073/pnas.1116958109.