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Nature Communications volume 14, número do artigo: 4658 (2023) Citar este artigo

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As táticas baseadas em materiais têm atraído muita atenção na condução da evolução funcional dos organismos. Com o objetivo de projetar organismos bioartificiais orientáveis ​​para eliminar vírus patogênicos transmitidos pela água, projetamos Paramecium caudatum (Para), microrganismos unicelulares, com uma organela eliminadora de vírus semiartificial e específica (VSO). Nanopartículas magnéticas de Fe3O4 modificadas com um anticorpo de captura de vírus (MNPs@Ab) são integradas aos vacúolos do Pará durante a alimentação para produzir VSOs, que persistem no Pará sem prejudicar sua capacidade de natação. Comparado com o Pará natural, que não tem especificidade de captura e mostra inativação ineficiente, o Pará (E-Para) projetado por VSO reúne especificamente vírus transmitidos pela água e os confina dentro dos VSOs, onde os vírus capturados são completamente desativados porque o nano-tipo peroxidase Fe3O4 produz radicais hidroxila (•OH) que matam vírus no ambiente ácido do VSO. Após o tratamento, o E-Para magnetizado é prontamente reciclado e reutilizado, evitando maior contaminação. Organelas artificiais baseadas em materiais convertem o Pará natural em um eliminador de vírus vivo, facilitando a eliminação de vírus transmitidos pela água sem consumo extra de energia.

A integração de nanomateriais e organismos funcionais pode promover a evolução funcional de organismos vivos com capacidade de resposta biológica endereçável e amplas perspectivas de aplicação1,2,3, e assim atrai ampla atenção na biomedicina4,5,6, fabricação de microrobôs7,8,9, conversão de energia10 ,11 e ciências ambientais12. Curiosamente, as bactérias magnetotáticas (MTB) são exemplos típicos de organismos que regulam suas próprias funções biológicas utilizando materiais magnéticos . O MTB apresenta organelas conhecidas como magnetossomos que contêm nanopartículas magnéticas envoltas por bicamadas lipídicas, que desempenham papel vital na manutenção da magnetotaxia e sobrevivência do MTB15,16. É digno de nota que o compartimento do magnetossomo atua como uma porta potencial para diferenciação do pH ou potencial redox entre a vesícula e o ambiente celular . Inspirados no MTB, os compartimentos subcelulares dinâmicos são favoráveis ​​à integração de materiais, uma vez que podem proteger a depuração biológica enquanto mantêm relativa estabilidade no ambiente intracelular, representando um elemento chave para a modificação do organismo. No entanto, embora a evolução dos organismos baseada em materiais tenha atraído amplo interesse interdisciplinar, as estratégias necessárias para fabricar as organelas integradas em materiais acima mencionadas permanecem inadequadamente exploradas.

Os protistas são os mais importantes herbívoros de vírus em ambientes aquáticos. Desempenham papéis essenciais no controlo eficaz das águas residuais biológicas18,19. Foram feitas tentativas de usar ciliados para resolver problemas do ambiente hídrico20. No entanto, a suscetibilidade do vírus ao pastoreio por protistas é altamente dependente da espécie e da hidrofobicidade do vírus21. Apesar da promessa demonstrada de utilização de protistas para tratar vírus transmitidos pela água, as suas taxas de remoção são restringidas em menos de 4 ordens de grandeza devido à falta de conhecimento mecanicista. Mais importante ainda, devido à baixa eficiência na inativação de vírus, os protistas também podem atuar como reservatório de vírus para proteger os vírus ingeridos do tratamento de inativação22, o que aumenta o risco de transmissão de vírus transmitidos pela água. De acordo com dados da Organização Mundial da Saúde, doenças transmitidas pela água causadas por vírus ainda surgem em todo o mundo, apesar de décadas de desenvolvimento de tecnologias de filtração e desinfecção por membrana23, como osmose reversa (RO), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF) e cloração/ UV/ozônio (Tabela Suplementar 1)24,25,26,27. Em contraste com as técnicas convencionais, propomos o desenho de uma organela bioartificial eliminadora de vírus (VSO) para dotar os protistas com a capacidade de capturar e eliminar especificamente vírus transmitidos pela água.