Na semana passada, um grupo de 150 especialistas convidados se reuniu em Harvard. A portas fechadas, eles discutiram as perspectivas de projetar e construir um genoma humano inteiro do zero, usando apenas um computador, um sintetizador de DNA e matérias-primas. Um genoma artificial será então introduzido em uma célula humana viva para substituir seu DNA natural. A esperança é que a célula "reinicie", mude seus processos biológicos para funcionarem com base nas instruções fornecidas pelo DNA artificial.
Em outras palavras, podemos ver em breve a primeira "célula humana artificial".
Mas o objetivo não é simplesmente criar Human 2.0. Por meio deste projeto, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, os cientistas esperam desenvolver ferramentas avançadas e poderosas que irão impulsionar a biologia sintética em direção ao crescimento industrial exponencial. Se tivermos êxito, não adquiriremos apenas ferramentas biológicas para projetar os humanos como espécie: seremos capazes de refazer o mundo dos vivos.
Criação de vida
A biologia sintética é essencialmente um casamento entre os princípios da engenharia e da biotecnologia. Enquanto o sequenciamento de DNA trata da leitura do DNA, a engenharia genética trata da edição do DNA e a biologia sintética trata da programação de novo DNA, independentemente de sua fonte original, a fim de criar novas formas de vida.
Os biólogos sintéticos vêem o DNA e os genes como blocos de construção biológicos padrão que podem ser usados como quiserem para criar e modificar células vivas.
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Existe o conceito de um designer nesta área, diz o Dr. Jay Keesling, um pioneiro da engenharia sintética na Universidade da Califórnia, Berkeley. “Quando seu disco rígido morre, você pode ir à loja de informática mais próxima, comprar um novo, substituir o antigo”, diz ele. "Por que não usamos partes biológicas da mesma maneira?"
Para acelerar o progresso nesta área, Kisling e seus colegas estão montando um banco de dados de peças padronizadas de DNA - chamadas de BioBricks ("biobricks"). Pode ser usado como peças de quebra-cabeça para reunir material genético nunca antes visto na natureza.
Para Kisling e outros na área, a biologia sintética é como desenvolver uma nova linguagem de programação. Células são hardware, hardware, enquanto DNA é software que as faz funcionar. Com conhecimento suficiente sobre como os genes funcionam, os biólogos sintéticos esperam ser capazes de escrever programas genéticos do zero, criar novos organismos, mudar a natureza e até mesmo dirigir a evolução humana em uma nova direção.
Semelhante à engenharia genética, a biologia sintética dá aos cientistas a oportunidade de fazer experiências com DNA natural. A diferença de escala: a edição de genes é um processo de recortar / colar que adiciona novos genes ou altera letras em genes existentes. Às vezes, não mudou muito.
A biologia sintética, por outro lado, cria genes do zero. Isso dá aos cientistas mais espaço para modificar genes conhecidos ou até mesmo criar os seus próprios. As possibilidades são quase infinitas.
Biomédicos, biocombustíveis, biocombustíveis
A explosão da biologia sintética nos últimos dez anos já produziu resultados que cativaram cientistas e empresas. Em 2003, Kisling publicou um dos primeiros estudos para provar e demonstrar o poder dessa abordagem. Ele se concentrava em uma substância química chamada artemisinina, um poderoso medicamento anti-malária extraído do absinto.
Apesar das inúmeras tentativas de cultivar esta planta, seu rendimento continua extremamente baixo.
Kisling percebeu que a biologia sintética oferecia uma maneira de contornar completamente o processo de colheita. Ao introduzir os genes necessários nas células bacterianas, ele raciocinou, você pode transformar essas células em máquinas para a produção de artemisinina e fornecer às suas custas uma nova fonte abundante do medicamento.
Isso foi muito difícil de fazer. Os cientistas precisavam construir uma via metabólica completamente nova na célula, permitindo que ela processasse substâncias químicas que antes não conhecia. Por tentativa e erro, os cientistas juntaram dezenas de genes de vários organismos em um pacote de DNA. Ao inserir esta bolsa em E. coli - a bactéria E. coli é comumente usada em laboratório para fazer produtos químicos - eles criaram um novo caminho para a bactéria secretar artemisinina.
Apertando um pouco mais as porcas necessárias, Kisling e sua equipe conseguiram aumentar a produção um milhão de vezes e reduzir o preço da droga em dez vezes.
Artemisinina foi apenas o primeiro passo em um grande programa. Esta droga é um hidrocarboneto que pertence a uma família de moléculas frequentemente usadas para fazer biocombustíveis. Por que não aplicar o mesmo processo à produção de biocombustíveis? Ao substituir os genes que as bactérias usaram para fazer a artemisinina por genes para a produção de hidrocarbonetos de biocombustíveis, os cientistas já criaram muitos micróbios que convertem açúcar em combustível.
A indústria agrícola é outra indústria que pode se beneficiar enormemente com a biologia sintética. Em teoria, poderíamos pegar os genes responsáveis pela fixação de nitrogênio nas bactérias, colocá-los nas células de nossas culturas e reverter completamente seu processo natural de crescimento. Com a combinação certa de genes, poderíamos cultivar uma safra com um espectro completo de nutrientes que requer menos água, terra, energia e fertilizantes.
A biologia sintética poderia ser aplicada à produção de alimentos completamente novos, como fragrâncias por meio da fermentação de leveduras modificadas ou queijos veganos e outros laticínios criados sem a ajuda de animais.
“Precisamos reduzir as emissões de carbono e poluentes, usar menos terra e água, combater pragas e melhorar a fertilidade do solo”, disse a Dra. Pamela Ronald, professora da Universidade da Califórnia em Davis. A biologia sintética pode nos fornecer as ferramentas de que precisamos.
Recriando a vida
Prática à parte! Um dos objetivos finais da biologia sintética é criar um organismo sintético feito exclusivamente de DNA especialmente projetado.
O principal obstáculo agora é a tecnologia. A síntese de DNA é atualmente muito cara, lenta e sujeita a erros. A maioria dos métodos existentes permite que você faça uma fita de DNA com 200 letras; os genes normais são dez vezes mais longos. O genoma humano contém cerca de 20.000 genes que produzem proteínas. Mas o custo da síntese de DNA caiu rapidamente na última década.
De acordo com o Dr. Drew Andy, um geneticista da Universidade de Stanford, o custo do sequenciamento de uma única carta caiu de US $ 4 em 2003 para 3 centavos hoje. O custo estimado para imprimir todas as 3 bilhões de letras do genoma humano hoje é de US $ 90 milhões, mas deve cair para US $ 100.000 em 20 anos se a tendência continuar a mesma.
Na década de 90, Craig Venter, conhecido por seu papel de liderança no sequenciamento do genoma humano, começou a procurar o conjunto mínimo de genes necessários para criar vida. Junto com colegas do Institute for Genomic Research, Venter removeu genes da bactéria Mycoplasma genitalium para identificar aqueles que são essenciais para a vida.
Em 2008, Venter reuniu esses “genes críticos” e montou um novo genoma “mínimo” de um caldo de produtos químicos usando a síntese de DNA.
Alguns anos depois, Venter transplantou um genoma artificial para uma segunda bactéria. Os genes se enraizaram e "reiniciaram" a célula, permitindo que ela crescesse e se reproduzisse - foi o primeiro organismo com um genoma totalmente artificial.
De bactérias a humanos
Se o novo empreendimento conseguir financiamento, ele replicará os experimentos de Venter usando nosso próprio genoma. Dado que o genoma humano é cerca de 5.000 vezes maior do que as bactérias de Venter, é difícil dizer o quão mais difícil essa síntese poderia ser.
Mesmo se tudo mais falhar, o setor ganhará uma experiência valiosa. De acordo com o Dr. George Church, geneticista chefe da Escola de Medicina de Harvard, este projeto pode abrir avanços tecnológicos que irão melhorar nossa própria capacidade de sintetizar longas fitas de DNA. Church ainda enfatiza que o principal objetivo do projeto é o desenvolvimento de tecnologia.
No entanto, o encontro de cientistas causou muito ceticismo. Seja como for, este projeto pode um dia levar à criação de "bebês projetados" ou mesmo de humanos. Os pais dessas pessoas podem ser computadores. É fácil imaginar um futuro assim, mas é assustador: quão seguro é manipular ou criar vida diretamente? Quem será o proprietário dessa tecnologia? O que fazer com uma vida que acabou sendo ruim? Tudo isso não criará discriminação e desigualdade?
ILYA KHEL
