Os cientistas há muito se perguntam: eles podem criar uma forma de vida sintética completa? O biólogo Anthony José introduziu o conceito de código celular, cujo conhecimento é necessário para obter um organismo artificial.
No momento, os pesquisadores apenas começaram a produzir formas de vida artificiais remontando os genomas de microorganismos unicelulares. Em particular, em março do ano passado, apareceu um artigo em uma das publicações especializadas em que os cientistas descreviam o processo de criação de uma bactéria micoplasma com o mínimo possível de genes. Para obter o resultado desejado, os cientistas inseriram alternadamente fragmentos do genoma alterado, que tinha quase metade do tamanho do original, na célula receptora com o DNA destruído.
Este ano, pesquisadores americanos da Universidade Johns Hopkins conseguiram obter leveduras com cromossomos artificiais, das quais genes inúteis e defeituosos foram removidos. Além disso, os cientistas conseguiram quebrar o código genético alterando os trigêmeos das proteínas TAG para TAA. Devido a isso, os organismos se livraram do fragmento extra que servia aos códons TAG.
Enquanto alguns pesquisadores estão tentando criar organismos unicelulares livres de resíduos genéticos, ao mesmo tempo, outros cientistas estão tentando fazer mudanças na forma como as proteínas são codificadas por uma sequência de DNA. No momento, o progresso nessa direção é mais do que modesto. O pouco que foi feito foi diversificar o alfabeto do DNA. Algumas letras foram adicionadas às quatro letras de nucleotídeos já existentes. Um dos artigos científicos descreve como um grupo internacional de pesquisadores conseguiu inserir os nucleotídeos artificiais Y, X no genoma de E. coli. Apesar de algo semelhante já ter sido feito, os pesquisadores conseguiram garantir que a bactéria retivesse uma parte sintética em seu DNA, mas durante o desenvolvimento com sucesso.
No entanto, este é apenas o primeiro passo em direção a um organismo artificial completo. Na próxima etapa, os cientistas pretendem fazer nucleotídeos artificiais codificarem aminoácidos. Em E. coli, as proteínas sintéticas Y, X foram colocadas em uma parte segura do genoma, fora das sequências de codificação dos genes. Caso contrário, os novos peptídeos simplesmente interromperiam o processo de síntese de proteínas. A célula simplesmente não saberia por qual aminoácido este ou aquele códon (YGC ou ATX) era responsável. Os biólogos ainda precisam criar um novo RNA de transporte que seja capaz de reconhecer esses tripletos e inserir um certo aminoácido na crescente sequência de peptídeos.
Mas, mesmo sob tais condições, esse organismo dificilmente pode ser chamado de artificial. Ao mesmo tempo, os cientistas entendem quais serão suas próximas ações. Um organismo sintético receberá não apenas novos nucleotídeos, mas também novos aminoácidos, que não ocorrem ou são extremamente raros dentro da célula. Os cientistas estão bem cientes de que todos os trigêmeos de nucleotídeos são codificados por apenas vinte aminoácidos padrão. Alguns outros aminoácidos, incluindo a selenocisteína, podem ser incorporados à proteína sob certas condições. Graças às letras adicionais do código genético, será possível enriquecer a proteína e formar códons que corresponderão aos novos aminoácidos.
Apesar de a biologia sintética ter alcançado algum sucesso, os pesquisadores ainda não sabem exatamente quais informações são importantes para se obter um organismo com as características dadas. A sequência de DNA é apenas um ponto de partida. Todas as células de uma planta ou animal contêm o mesmo genoma, mas no decorrer do desenvolvimento dos organismos, as células são delineadas, ou seja, desempenham funções diferentes. Nesse processo, a regulação secundária (chamada epigenética) desempenha um papel importante, durante a qual certos genes são desligados ou ativados por compostos. Em última análise, uma célula pode se transformar em um fibroblasto e outra em um neurônio.
Anthony José, biólogo da Universidade de Maryland, está estudando como informações não genéticas definem um organismo. O pesquisador propôs o conceito de código celular, que está encerrado em moléculas biológicas localizadas no espaço tridimensional. Essas moléculas são necessárias para recriar o resto do organismo. Para armazenar esta informação, não são necessárias todas as células de um organismo complexo, bastando várias ou mesmo uma célula. Para organismos que se reproduzem sexualmente, esse repositório é o zigoto (uma célula que se forma após a fertilização de um gameta feminino com um espermatozóide).
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Segundo o pesquisador, para decifrar o código celular é necessário estudar todo o ciclo de reconstrução do organismo. Em outras palavras, é necessário considerar o desenvolvimento de um organismo vivo e sua reprodução como um processo único. Para entender completamente como isso funciona, não é suficiente decifrar o DNA.
Durante a formação de um zigoto, a formação de um novo organismo é influenciada não apenas pelo DNA obtido do oócito e esperma, mas também pelo citoplasma do gameta. As substâncias que se acumulam durante a maturação dos gametas (mRNA, proteínas, fatores de transcrição) podem causar o efeito materno. Eles estão presentes nos primeiros estágios de desenvolvimento do embrião e são até mesmo capazes de matá-lo (isso é típico dos besouros de maio). A estrutura espacial dessas substâncias também desempenha um certo papel. Em particular, eles formam os eixos do corpo nos insetos e determinam a ondulação das conchas nos moluscos.
O cientista irá propor o seguinte esquema: uma célula que possui macromoléculas biológicas e outros compostos, em processo de interação com nutrientes, moléculas sinalizadoras e temperatura (ou seja, fatores externos), passa para outro estado, que, por sua vez, afeta o meio ambiente. Da mesma forma, todo o sistema passa por um certo número de ciclos, enquanto acumula novas substâncias. A nova etapa depende da anterior, por isso pode ser prevista.
José está preocupado que os biólogos ainda não conheçam todo o código celular do organismo mais simples, mas eles, trabalhando com DNA, no entanto, já começaram a criar uma forma de vida semi-artificial. Segundo o pesquisador, essas manipulações com material genético lembram a substituição de peças em algum mecanismo, por isso podem ser muito arriscadas do ponto de vista ético.
Para decifrar o código celular, o biólogo se propõe a comparar as características internas dos zigotos em uma série de gerações dos microrganismos mais simples, por exemplo, algas unicelulares. Para esses fins, bactérias semi-artificiais com um genoma mínimo também podem ser adequadas. Ao estudar o efeito paterno ou materno, será possível estabelecer fatores externos significativos. E o estudo do arranjo espacial de moléculas importantes pode ser realizado por meio de análises bioquímicas e moleculares sistemáticas com moléculas fluorescentes.
