Dispositivos sintéticos: osciladores

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Um oscilador eletr√īnico √© um circuito el√©trico que produz um sinal eletr√īnico repetitivo, frequentemente uma onda senoidal ou uma onda quadrada. Eles s√£o amplamente utilizados em aparelhos eletr√īnicos, incluindo aparelhos de transmiss√£o de r√°dio e televis√£o.

Stricker e colaboradores (2008) descrevem a construção de um oscilador sintético biológico. Para isso, uma construção muito interessante foi utilizada, baseada em um promotor híbrido Plac/ara.  Este promotor possui dois operadores que respondem a dois sinais: ele é ativado por AraC na presença de arabinose e é reprimido por LacI na ausência de IPTG. Seguido a este promotor foi clonado os genes araC, lacI e o gene codificador da proteína luminescente GFP. Um pulso de IPTG foi utilizado para sincronizar as células, dessa maneira, AraC é traduzido resultando na ativação do sinal luminescente de GFP. Por outro lado, AraC ativa também a expressão de lacI resultando na repressão de araC e gfp, cessando o sinal luminescente. Como Lac I causa a repressão do próprio lacI, este acaba se reprimindo e um novo ciclo se reinicia (ver figura abaixo).

O período de oscilação pode ser ajustado modificando a concentração do indutor, por ex, podendo variar o período de 13 a 58 minutos. Na Figura acima o gráfico apresenta um período de 40 minutos. O mais interessante, para mim, é que o tempo de geração das bactérias do experimento varia  de cerca 22 a 27 min, assim, a informação e o sincronismo contido no oscilador passa de geração em geração.

Foi verificado que a indu√ß√£o da oscila√ß√£o foi muito r√°pida (cerca de 5 min) e inicialmente bem sincronizada, analisando cada c√©lula individualmente. A amplitude da oscila√ß√£o foi caindo com o progresso do experimento, devido a dessincroniza√ß√£o gradual de cada c√©lula da col√īnia, como j√° era de ser esperar. Desse fen√īmeno, emerge um pr√≥ximo t√≥pico da biologia sint√©tica, a comunica√ß√£o c√©lula-c√©lula atrav√©s do desenvolvimento de mecanismos de quorum sensing sint√©ticos. Assim, a pr√≥prias c√©lulas podem se comunicar para coordenar e sincronizar o seu comportamento. Mas isso √© assunto para posts futuros.

Stricker J, Cookson S, Bennett MR, Mather WH, Tsimring LS, & Hasty J (2008). A fast, robust and tunable synthetic gene oscillator. Nature, 456 (7221), 516-9 PMID: 18971928