Organismos planejados pelo homem podem produzir drogas e vacinas, converter lixo em energia ou produzir órgãos para operações de transplante de órgãos humanos

O trabalho com leveduras marca um avanço substancial para que os pesquisadores possam fabricar o código da vida. Foto: Martin Godwin para o The Guardian

Cientistas estão perto de completar um genoma sintético inteiro para um micróbio que tem sido usado na produção de pão, cerveja e vinho por mais de cinco mil anos, pavimentando o caminho para um reino de novos organismos projetados pela mão humana.

O trabalho sobre leveduras de panificação marca um avanço substancial na capacidade dos pesquisadores de fabricar o código de vida.

Enquanto a modificação genética altera apenas um pequeno número de genes de cada vez, a nova abordagem permite aos cientistas reescrever genomas inteiros. Ao fazê-lo, eles podem eliminar o excesso de bagagem genética e regiões instáveis ​​que se acumularam ao longo de milhões de anos de evolução e adicionar um DNA novo no genoma.

A pesquisa dá aos cientistas uma visão mais profunda da questão básica de como o DNA funciona em organismos vivos, mas a tecnologia também está preparada para produzir micróbios, plantas e animais. Estes seriam criados para satisfazer necessidades humanas específicas, com genomas que os fazem produzir drogas e vacinas, converter resíduos em energia e até mesmo desenvolver órgãos adequados para operações de transplante em humanos.

Em uma série de artigos publicados na Science na quinta-feira (9/3/17), uma equipe internacional de cientistas do Synthetic Yeast Project , liderada por Jef Boeke, da Universidade de Nova York, descreve como eles usaram um computador para projetar cada um dos 16 cromossomos que a levedura natural do padeiro carrega. Para fazer isso eles tomaram a sequência de Gs, Ts, Cs e As e fizeram milhares de mudanças para remover as vertentes que consideravam desnecessárias. O genoma final foi 8% menor que o encontrado na natureza.

Os cientistas então construíram cinco dos cromossomos com produtos químicos, no laboratório. Desde que os artigos foram submetidos à revista, pelo menos 10 dos cromossomos da levedura foram construídos, totalizando mais de metade do genoma do micróbio. Um dos cromossomos contém mais de um milhão de letras genéticas e é o maior cromossomo já sintetizado.

Patrick Yizhi Cai, geneticista da equipe da Universidade de Edimburgo, disse que os cromossomos foram criados a partir de pedaços de DNA que foram adicionados um por um às células de levedura natural para testar se eles trabalharam. Com o tempo, todo o DNA natural de um cromossomo foi substituído por DNA sintético. Cai compara o processo de substituição de parágrafos em um livro, um por um, até que eventualmente um capítulo inteiro tenha sido alterado.

Hoje, a tecnologia para projetar e construir genomas é cara e demorada. O custo para sintetizar todo o DNA na levedura de panificação será de pelo menos US $ 1,25 milhões, e cada cromossomo leva pelo menos um ano para ser fabricado. Mas os pesquisadores esperam que o preço caia dramaticamente, da mesma forma que o custo do sequenciamento de genes despencou desde que o primeiro genoma humano foi lido em 2003.

Boeke disse que todos os 16 cromossomos da levedura de panificação devem ser construídos e testados em células até o final do ano. Células de levedura funcionando com o complemento completo de cromossomos sintéticos são esperadas para 2018. O design final inclui um cromossomo 17 extra, feito a partir do zero, que irá agrupar importantes pedaços de construtores de proteínas em um único local.

Cientistas já construíram genomas para bactérias e virus, agora o último trabalho está focado em um organismo mais complexo que tem um núcleo claramente definido. Estas células pertencem a um grupo chamado “eucariotas”, que inclui plantas, animais e seres humanos. Uma característica que os cientistas incorporaram ao DNA do fermento de pão permite que o genoma das células seja misturado à vontade.

Os pesquisadores irão usar isso para produzir células de levedura com códigos de DNA completamente novo, alguns dos quais podem ter propriedades úteis, como melhor fermentação, ou a habilidade de sobreviver a temperaturas mais altas.

Paul Freemont, que estuda biologia sintética no Imperial College de Londres, considerou o trabalho como “um avanço surpreendente em nossa capacidade de sintetizar quimicamente o diagrama da vida”. “Este é um passo transformador na escala e na magnitude do que podemos agregar e começar a trabalhar em uma célula. Vamos ter células de levedura alimentadas por cromossomos projetados pelo homem “, disse ele.

Os pesquisadores já começaram a falar sobre qual organismo será o próximo para construir genomas. Entre as possibilidades estão vermes nematóides, plantas e até mesmo células de mamíferos. Eventualmente, animais como porcos poderiam ter seus genomas projetados para tornar seus órgãos adequados para transplante de órgãos em humano.

As células de mamíferos já são usadas para produzir produtos médicos, tais como insulina para diabéticos. Em maio, Boeke e outros pesquisadores vão realizar uma reunião pública para discutir a criação de genomas humanos, com o intuito de aprender mais sobre como eles funcionam.

Se os cientistas puderem dominar a fabricação de genomas humanos, eles poderiam criar lotes de células humanas para terapias médicas que seriam resistentes a vírus.

Tom Ellis, outro pesquisador do Imperial College, disse que o último lote de artigos mostrou que todo um genoma de eucariotas sintéticos estava a caminho. “Vamos aprender muito sobre biologia ao longo do projeto, mas também podemos construir superpoderes – características que você não vê na natureza”, disse ele. “É a última via rápida para a evolução.”

Ao final, os pesquisadores esperam compreender o genoma suficientemente bem para poderem  construir novos genomas, que serão preparados para funções específicas. “Chegará ao ponto em que o gargalo não será sobre como imprimir o livro, mas sobre o que você quer escrever”, disse Cai. “Na verdade, o objetivo é escrever um novo livro – do zero.” Fonte: The Guardian