Microalgas aproveitadas para biossíntese de cristais moleculares
Foi demonstrado que dinoflagelados acumulam rapidamente heterociclos nitrogenados de soluções aquosas em cristais de armazenamento de nitrogênio e os utilizam para crescer. O comportamento de cristalização pôde ser manipulado para produzir cristais moleculares com morfologias e propriedades ópticas ajustadas, com aplicações potenciais em fármacos e biorremediação.
Dinoflagelados podem acumular rapidamente muitos heterociclos nitrogenados de soluções aquosas em cristais de armazenamento de nitrogênio, revelando um mecanismo geral para seu metabolismo do nitrogênio orgânico dissolvido. O comportamento de cristalização pode ser manipulado para gerar cristais com morfologias e propriedades ópticas ajustadas, incluindo esferulitos birrefringentes de xantina, e para aproveitar microalgas como fábricas celulares para a produção de cristais moleculares a partir de soluções aquosas em condições ambientais.
Cristais biogênicos altamente refletivos, como a guanina, têm potencial como alternativas biocompatíveis a materiais ópticos inorgânicos tóxicos. Células microbianas geneticamente modificadas têm sido amplamente usadas para gerar metabólitos de alto valor, mas a biossíntese de materiais cristalinos funcionais não havia sido alcançada.
Em dinoflagelados marinhos, cristais de guanina atuam como reservas de nitrogênio de alta capacidade que são usadas para superar deficiências periódicas de nitrogênio ambiental. Quando células de Amphidinium carterae privadas de nitrogênio foram transferidas para um meio de cultura contendo guanina dissolvida a cerca de 40 μM como única fonte de nitrogênio, a guanina foi rapidamente depletada do meio, concomitantemente ao aparecimento de esferoides policristalinos birrefringentes compostos pelo polimorfo β da guanina. Esses esferoides policristalinos ficam alojados em vacúolos centrais delimitados por membrana.
Os vacúolos começam a acumular cristais apenas 1–10 min após a exposição à guanina exógena, estão totalmente formados após cerca de 1–5 h e começam a se desintegrar após 12–48 h. Os dinoflagelados podem captar diretamente, cristalizar e proliferar em numerosos heterociclos nitrogenados, sugerindo que o armazenamento de nitrogênio orgânico em cristais e a subsequente liberação de nitrogênio orgânico desses cristais é uma estratégia geral para seu metabolismo do nitrogênio orgânico dissolvido.
Heterociclos nitrogenados como a guanina são constituintes principais do nitrogênio orgânico dissolvido de baixo peso molecular, uma forma abundante e persistente de nitrogênio reduzido marinho. Influências antropogênicas levaram ao aumento do nitrogênio orgânico dissolvido, e compreender como as microalgas metabolizam heterociclos nitrogenados é crucial para entender a ciclagem do nitrogênio orgânico dissolvido nos oceanos. As estratégias de armazenamento de nitrogênio dos dinoflagelados também são vitais para sua simbiose com corais, na qual o nitrogênio orgânico translocado dos dinoflagelados permite que os recifes de coral prosperem em águas pobres em nutrientes.
A capacidade dos dinoflagelados de cristalizar rapidamente heterociclos nitrogenados a partir de soluções aquosas é notável, dado que essas moléculas pouco solúveis requerem valores extremos de pH ou solventes orgânicos para recristalização in vitro. Os resultados mostram como microalgas podem ser exploradas como fábricas celulares para a produção de cristais moleculares a partir de soluções aquosas, com possíveis aplicações adicionais na cristalização de produtos farmacêuticos e na biorremediação de tóxicos.