Pesquisadores do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Pesquisa Médica da Inglaterra criaram com sucesso bactérias E. coli com DNA inteiramente feito pelo homem, marcando um marco no florescente campo da biologia sintética e abrindo o caminho para futuras inovações construídas nas chamadas bactérias "projetistas" .
De acordo com um novo estudo publicado na revista Nature, o genoma sintético é de longe o maior de seu tipo. O produto de uma campanha de pesquisa de dois anos, o DNA redesenhado consiste em quatro milhões de segmentos - quatro vezes mais do que o recordista anterior. Talvez o mais impressionante seja que as bactérias contêm apenas 61 códons, em oposição aos 64 encontrados em quase todas as criaturas vivas. Apesar dessa aparente disparidade, as bactérias sintéticas parecem funcionar de maneira muito semelhante à E. coli normal . As principais diferenças, como relata Carl Zimmer, do The New York Times, são uma taxa de crescimento mais lenta e maior duração.
"Não ficou claro se era possível fazer um genoma tão grande e se era possível modificá-lo tanto", disse Jason Chin, biólogo da Universidade de Cambridge, co-autor do estudo, ao Ian Sample, do The Guardian .
Mas como Tom Ellis, diretor do Centro de Biologia Sintética do Imperial College de Londres e analista do estudo, explica ao Ryan Mandelbaum do Gizmodo, os esforços da equipe acabaram culminando em um "tour de force" para o campo: "Eles sintetizaram, construiu e mostrou que um genoma sintético de 4 milhões de pares de bases poderia funcionar ”, diz Ellis. "É mais do que qualquer um fez antes."
Para "recodificar" um genoma, os cientistas devem manipular os 64 códons, ou combinações de três letras das moléculas de DNA A, T, C e G - abreviação de adenina, timina, citosina e guanina - que potencializam todos os organismos vivos. Como cada uma das três posições em um códon pode conter qualquer uma das quatro moléculas, existem 64 combinações totais possíveis (4 x 4 x 4). Essas combinações, por sua vez, correspondem a aminoácidos específicos, ou compostos orgânicos que formam as proteínas necessárias à vida. O TCA, por exemplo, combina com o aminoácido serina, enquanto o AAG especifica a lisina. TAA atua como um sinal de parada, sinalizando o organismo para parar de adicionar aminoácidos a uma proteína em desenvolvimento, explica Sharon Begley da STAT.
Há outro problema nesse processo já complexo: como há apenas 20 aminoácidos associados ao código genético, vários códons podem corresponder a um ácido. A serina, por exemplo, está relacionada não apenas com o TCA, mas com o AGT, o AGC, o TCT, o TCC e o TCG. Como John Timmer escreve para Ars Technica, o desajuste no número de códons versus aminoácidos faz 43 códons amplamente estranhos. Embora as células usem esses conjuntos extras como códigos de parada, ferramentas reguladoras e vias mais eficientes para a codificação de uma proteína específica, o fato é que muitos são redundantes.
Determinar o quão redundantes esses códons extras foram submetidos a extensas tentativas e erros. Chin diz a Begley: "Há muitas maneiras possíveis de recodificar um genoma, mas muitas delas são problemáticas: a célula morre."
Para criar o genoma sintético de sucesso, Chin e seus colegas substituíram cada instância dos códons de serina TCG e TCA por AGC e AGT, respectivamente. A equipe também substituiu todos os códons da TAG, sinalizando uma parada, com TAA. Por fim, observa Zimmer, do The New York Times, o DNA recodificado usou quatro códons de serina em vez de quatro e dois códons de parada em vez de três. Felizmente, os cientistas não precisaram concluir esse trabalho manualmente. Em vez disso, eles fizeram as 18.214 substituições, tratando o código de E. coli como um enorme arquivo de texto e realizando uma função de pesquisa e substituição.
A transferência desse DNA sintético para as bactérias mostrou-se uma tarefa mais difícil. Dado o tamanho e a complexidade do genoma, a equipe não conseguiu introduzi-lo em uma célula em uma tentativa; em vez disso, os cientistas abordaram o trabalho em etapas, quebrando meticulosamente o genoma em pedaços e transplantando-o em bactérias vivas, pouco a pouco.
A realização dos pesquisadores é dupla, Chin diz em uma entrevista com Antonio Regalado, do MIT Technology Review . O genoma redesenhado não é apenas uma “conquista técnica”, mas também “diz algo fundamental sobre a biologia e como o código genético é realmente maleável”.
De acordo com o Guardian 's Sample, a pesquisa poderia ajudar os cientistas a criar bactérias resistentes a vírus equipadas para uso na indústria biofarmacêutica; A E. coli já é usada para fabricar insulina e compostos medicinais que tratam câncer, esclerose múltipla, ataques cardíacos e doenças oculares, mas graças à suscetibilidade do DNA não-sintético a certos vírus, a produção pode ser facilmente interrompida.
Outra implicação importante do estudo centra-se nos aminoácidos. Como escreve a BBC News 'Roland Pease, o uso do genoma de E. coli de 61 dos 64 codons possíveis deixa três abertos para reprogramação, abrindo a porta para “blocos de construção não naturais” capazes de executar funções anteriormente impossíveis.
Falando com Zimmer, Finn Stirling, um biólogo sintético da Harvard Medical School que não estava envolvido na nova pesquisa, conclui: "Em teoria, você poderia recodificar qualquer coisa".
