Este minúsculo organismo se contrai 200 vezes mais rápido do que conseguimos piscar — veja como

A descoberta pode ajudar no desenvolvimento de músculos artificiais e de máquinas celulares sintéticas.

Por Tracey Peake, Universidade Estadual da Carolina do Norte, com informações de Phys.

Um minúsculo organismo aquático unicelular consegue contrair-se até um quarto do seu comprimento em menos de 5 milissegundos — centenas de vezes mais rápido do que um ser humano consegue piscar. Pesquisadores descobriram que o microrganismo, Spirostomum ambiguum, utiliza uma rede de proteínas ativada por cálcio, com uma configuração semelhante a uma rede de pesca, para gerar contrações muito mais rápidas do que os músculos humanos. O estudo, publicado nos Anais da Academia Nacional de Ciências (Proceedings of the National Academy of Sciences ), tem implicações para o desenvolvimento de músculos artificiais mais rápidos e de máquinas celulares sintéticas.

Spirostomum ambiguum é um ciliado unicelular gigante, assim chamado devido à franja de cílios semelhantes a pelos que utiliza para nadar. É notável entre os ciliados por sua capacidade de se contrair a uma taxa de cerca de 100 vezes o comprimento do seu corpo por segundo e de repetir rapidamente o movimento — uma habilidade que pode ser usada para escapar de predadores ou se comunicar com outros ciliados. As fibras musculares humanas, em comparação, podem encurtar em frações semelhantes, mas levam cerca de 10 vezes mais tempo. Spirostomum é de interesse para os cientistas devido às diferenças mecânicas subjacentes às suas habilidades.

“A diferença entre o que o Spirostomum consegue fazer e o que nós conseguimos fazer reside no que impulsiona a contração e na aparência do mecanismo por trás dela”, afirma Mary Elting, professora associada de biofísica da Universidade Estadual da Carolina do Norte. “Se pudermos compreender esses processos, isso poderá nos ajudar a construir sistemas sintéticos que imitem a velocidade e a potência desse organismo unicelular.”

Uma rede de pesca feita para velocidade

Os pesquisadores utilizaram microscopia eletrônica e de imunofluorescência para examinar o Spirostomum e descobriram que o organismo usa íons de cálcio para desencadear a contração e uma estrutura única semelhante a uma rede de pesca para completar o movimento.

Organismos unicelulares como o Spirostomum não possuem fibras musculares. Em vez disso, possuem mionemas, estruturas fibrosas dentro da célula compostas pelas proteínas de ligação ao cálcio centrina e Sfi1. No Spirostomum, esses mionemas formam uma rede semelhante a uma teia de peixe na parte externa do organismo. Quando a contração é desencadeada, a rede se encolhe e depois retorna à sua forma original.

“A geometria em forma de rede é única porque permite que o Spirostomum se contraia uniformemente, o que protege suas organelas internas (versões de órgãos em nível de célula única) enquanto se move tão rapidamente”, diz Elting. “Isso funciona porque a proteína Sfi1 no mionema pode alternar entre rígida e flexível. Na presença de íons de cálcio, a Sfi1 perde sua rigidez e se aglomera como um novelo de espaguete molhado, o que faz com que a rede se aperte, encolhendo o organismo.”

Cálcio em vez de combustível químico

Nos seres humanos, o trifosfato de adenosina, ou ATP, armazena e libera energia para as fibras musculares, desencadeando a contração.

“Comparar a forma como nossos músculos se contraem com a forma como o Spirostomum funciona é como comparar gás com energia elétrica”, diz Elting. “O ATP sofre uma mudança química e é ‘queimado’, como a gasolina, enquanto os íons de cálcio agem como uma corrente elétrica, embora ainda não saibamos o que produz a voltagem que inicia a corrente, ou como ela é ‘reiniciada’ para que a contração possa acontecer novamente.”

Os próximos passos dos pesquisadores incluem aprofundar a investigação sobre o gatilho de cálcio e como o Spirostomum consegue se reconfigurar após cada contração.

“Esperamos que as reações desencadeadas pelo cálcio sejam ‘únicas’, mas o Spirostomum consegue fazê-las repetidamente”, diz Elting. “Compreender esses aspectos do seu movimento é fundamental para construir um músculo artificial rápido e independente de ATP.”

Detalhes da publicação:
Joseph Lannan et al, A centrin–Sfi1 myoneme fishnet powers ultrafast calcium-triggered contraction in the giant ciliate Spirostomum ambiguum, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2601408123