As moléculas podem realmente lembrar como formar estruturas?

Às vezes, ouvir algumas notas de uma música é suficiente para nos levar de volta no tempo, a um momento há muito esquecido. Nossos cérebros já são capazes de reconstruir memórias inteiras a partir de pequenas partes. Como funciona?

O cérebro humano consiste em bilhões células nervosas que trabalham coletivamente. Os neurônios são como os blocos de construção do pensamento e cada um pode servir a vários propósitos. Por exemplo, diferentes memórias são codificadas por diferentes padrões de atividade dentro dos mesmos neurônios. Este processo é semelhante a como a tela do seu smartphone pode exibir imagens diferentes usando os mesmos pixels, ou como os mesmos blocos LEGO podem ser usados ​​para construir objetos diferentes.

Pesquisa neurológica

Como os neurônios conseguem isso tem sido uma área de pesquisa em rápido desenvolvimento nas últimas décadas, e modelos sofisticados de redes neurais são agora comuns em computadores digitais.

Surpreendentemente, este tipo de computação não se limita aos neurônios: os mesmos princípios computacionais podem ocorrer em outros processos biológicos e até mesmo puramente físicos.

Novo estudo

Um novo estudo conduzido por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da CalifórniaUniversidade de Chicago E aUniversidade Maynooth Na Irlanda, ele mostrou como as capacidades semelhantes às das redes neurais são essenciais para a dinâmica natural das moléculas à medida que elas se automontam em estruturas. Este fenômeno é semelhante ao modo como os neurônios trabalham juntos para recuperar e remontar memórias e pode, portanto, ser considerado uma forma de 'Convocação sindical“.

Processo de automontagem

Para entender o que acontece num tubo de ensaio cheio de moléculas, imagine uma grande piscina contendo centenas de peças de LEGO. As peças LEGO podem ser montadas de diferentes maneiras, permitindo criar um carro, um castelo ou uma lagarta, tudo a partir dos mesmos blocos de construção.

A ideia de como se consegue a automontagem da recuperação associativa é a seguinte: Se você der a uma mistura de piscina a “semente” de um projeto – por exemplo, algumas peças que já foram montadas para criar uma roda e um pára-brisa – o resto dos componentes podem ser montados para produzir o produto final desejado (um carro, neste caso)? Este é um exemplo de chamada associativa bem-sucedida.

Resultados

Neste estudo, a equipe projetou 917 moléculas diferentes, ou “Ladrilhos moleculares“, que são capazes de se combinar para formar três formas bidimensionais diferentes: as letras H, A ou M. A equipe colocou três trilhões dessas moléculas, com quantidades relativamente iguais de cada uma das 917 variações, em um tubo de ensaio e observou que as peças na verdade se automontavam para formar muitos Hs, A's e M's minúsculos e, embora algumas das letras estivessem apenas parcialmente formadas, não havia híbridos ocasionais de duas ou três letras. Este foi um primeiro resultado importante do estudo.

O futuro da pesquisa

O projeto baseia-se em várias décadas de trabalho no laboratório de Winfrey. ” O que é interessante sobre a nanotecnologia do DNA é que ela é realmente a única tecnologia de design molecular atualmente que permite estudar teorias de ponta de computação molecular no grande limite N – aqui quase mil tipos diferentes de moléculas trabalham juntas. », especifica Constantine Evans, principal autor do estudo.

Sintético

A pesquisa sobre como os neurônios codificam memórias levou a uma descoberta notável: as moléculas também podem se auto-organizar em estruturas de maneira semelhante a uma rede neural. Este estudo mostrou que as moléculas podem se automontar para formar estruturas específicas, um processo que pode ser considerado uma forma de “Convocação sindical“.

Para melhor compreensão

O que é uma convocação sindical?

A recordação associativa é um processo pelo qual as memórias são recuperadas. No contexto deste estudo, isto refere-se à forma como as moléculas se automontam para formar estruturas específicas, um processo semelhante ao modo como os neurônios trabalham juntos para recordar e remontar memórias.

O que é uma rede neural?

Uma rede neural é um grupo de neurônios interconectados que trabalham juntos para processar informações. No cérebro humano, as redes neurais são responsáveis ​​por muitas funções, incluindo a codificação de memórias.

O que é automontagem?

A automontagem é um processo pelo qual as moléculas se combinam para formar estruturas complexas sem intervenção externa. Neste estudo, os pesquisadores observaram que as moléculas podem se automontar para formar estruturas específicas, um processo semelhante ao modo como os neurônios trabalham juntos para recuperar e remontar memórias.

Quais são as implicações deste estudo?

Este estudo pode ter implicações importantes para a compreensão de como as memórias são codificadas e recuperadas. Também poderia abrir caminho para novos desenvolvimentos em nanotecnologia.

Qual é o próximo passo nesta pesquisa?

Os pesquisadores planejam continuar seu trabalho explorando outros tipos de processos biomoleculares, como repressores multicomponentes e redes reguladoras de genes.

Referências

Legenda: Ladrilhos moleculares em solução se automontam em três formatos – H, A ou M – dependendo das concentrações dos ladrilhos comuns que formam uma “semente”, ou ponto de nucleação, de um formato específico. Crédito: Olivier Wiart

“Reconhecimento de padrões na cinética de nucleação da automontagem sem equilíbrio.” Além de Evans, Murugan e Winfrey, Jackson O'Brien, da Universidade de Chicago, foi coautor deste livro. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation, pela Evans Foundation for Molecular Medicine, pelo European Research Council, pela Science Foundation of Ireland e pelo Carver Med New Adventures Fund.

[ Rédaction ]