Há nove anos, cientistas americanos liderados pelo geneticista Craig Venter anunciaram que haviam criado o primeiro
No entanto, alguns anos depois, os cientistas reconheceram queo genoma da bactéria não foi realmente radicalmente alterado. Apesar disso, o trabalho dos cientistas marcou o início de uma nova direção na genética, que está envolvida na criação de organismos com DNA totalmente editado.
E. coli E. coli
Cientistas deprojeto GP-write - já conseguiram criar cópias artificiais de 2 dos 16 cromossomos que compõem o genoma de uma cepa de fermento de padeiro. Mas o DNA do Mycoplasma mycoides contém apenas 1,08 milhão de pares de bases, e os cromossomos da levedura contêm menos de 1 milhão. A E. coli com a qual os geneticistas trabalharam no Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Pesquisa Médica da Inglaterra, em Cambridge, contém 4 milhões de bases.
Pesquisadores liderados pelo Dr. Jason Chinquebrou esses 4 milhões de bases de Escherichia coli em 37 fragmentos e os sintetizou. O espécime resultante é semelhante aos seus homólogos naturais, mas sobrevive graças a um conjunto menor de ferramentas genéticas.
O que é o DNA e por que sintetizá-lo
Em primeiro lugar, vale a pena entender o que é o DNA. É o ácido desoxirribonucléico, que é o material hereditário dos humanos e de todos os organismos vivos.
Quase todas as células do corpo humano têm uma eo mesmo DNA. A maior parte do ácido desoxirribonucleico está no núcleo da célula (é chamado DNA nuclear), mas está presente em uma pequena quantidade na mitocôndria.
A informação no DNA é armazenada como um código que consisteDas quatro bases químicas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). O genoma humano consiste em cerca de 3 bilhões de bases, e mais de 99% dessas bases são as mesmas para todas as pessoas. Sua ordem e seqüência determinam como o corpo é construído e mantido - assim como as letras do alfabeto são construídas em uma certa ordem, formando palavras e sentenças.
As bases do DNA emparelham entre si -por exemplo, A com T e C com G para formar unidades chamadas pares de bases. Cada base também está ligada a uma molécula de açúcar e a uma molécula de fosfato. Juntos, a base, o açúcar e o fosfato são chamados de nucleotídeo.
Os nucleotídeos são organizados na forma de duas longas cadeias que formam uma dupla hélice - é assim que estamos acostumados a pensar no DNA.
DNA
A estrutura da dupla hélice lembra um pouco uma escada: pares de bases formam degraus e moléculas de açúcar e fosfato formam porções laterais verticais.
DNA dobrado em uma célula contém instruçõesnecessário para o seu funcionamento. Por exemplo, quando uma célula precisa de mais proteína para crescer, ela lê o DNA que codifica a proteína desejada. Tais compostos são chamados codons e são escritos em três letras - por exemplo, TCG e TCA.
Quase todas as formas de vida, desde águas-vivas até humanos,use 64 códons. Mas muitos deles fazem o mesmo trabalho ou repetem funções. Um total de 61 códons compõem 20 aminoácidos naturais que podem ser amarrados como contas em um barbante para criar qualquer proteína na natureza. Mais três códons atuam como uma espécie de freio – eles informam à célula quando a proteína está pronta e precisa parar de produzi-la.
Códons são usados para determinar aminoácidos,constituintes das proteínas que produzem. O TCA, por exemplo, define serina, que significa “extrair este aminoácido do caldo celular e ligá-lo à proteína que a célula produz”. AAG detecta lisina. TAA significa interromper a adição de aminoácidos à proteína em crescimento. Mas AGT também significa serina, assim como AGC, TCT, TCC e TCG. Se a natureza fosse eficiente, usaria 20 códons para 20 aminoácidos, mais um para “stop”.
Os pesquisadores tentaram criar um organismo tão otimizado.
O que exatamente a genética fez
Um grupo de cientistas de Cambridge estudou todo ocódigo genético da cepa de E. coli e analisou as funções de todos os códons. Os pesquisadores então substituíram o códon da serina por AGC, cada TCA (também serina) por AGT e cada TAG (códon de parada) por TAA.
No total, eles contribuíram para o DNA de E. coli 18 214 edições - o genoma resultante foi o maior bloco de DNA já criado pela fusão artificial. No papel, a gravação do genoma editado parece que os pesquisadores decidiram substituir uma palavra muito comum em uma cópia digital do romance Guerra e Paz.
No entanto, o trabalho mais difícil foi coletarcópia química do genoma reescrito e trocá-lo pelos organismos vivos internos originais. Este trabalho levou os cientistas cerca de dois anos: quando cada fragmento sintético substituiu o código original, os pesquisadores observaram se as bactérias funcionariam ou morreriam.
“Existem muitas maneiras possíveis de recodificargenoma, mas muitos deles são problemáticos: a célula morre. Por exemplo, códons supostamente sinônimos podem produzir diferentes quantidades de proteína e, às vezes, proteínas com características inesperadas que matam a célula”.
Jason Chin, principal autor do estudo
Pesquisadores descobriram um esquema de recodificaçãoo que permitiu substituir o código original por um artificial e manter a E. coli viva, apesar da utilização de 59 códons em vez de 61 para gerar aminoácidos e dois em vez de 3 códons para interromper esse processo.
Assim, os cientistas conseguiram reduzircódons de 64 para 61. Este é um novo registro - até agora os geneticistas conseguiram criar a bactéria Escherichia coli, que poderia sobreviver com apenas 63 códons em vez de 64.
O que levará a
O principal objetivo de criar um genoma editado -a capacidade de dar aos códons a capacidade de gerar uma das centenas de aminoácidos, além de 20, estabelecidos pela natureza. Isso permitirá sintetizar novas enzimas e outras proteínas.
"A natureza nos deu um conjunto limitado de enzimas,cujas propriedades aprendemos a utilizar para realizar tarefas complexas, desde a produção de queijo e suco de frutas, até a fabricação de biocombustíveis e a detecção de marcadores em testes biológicos. Podemos fazer tudo isso com um conjunto de 20 aminoácidos - imagine as oportunidades que podemos obter ao usar 22 ou mais aminoácidos ”, disse Stat Ellis, especialista em biologia sintética do Imperial College London.
Entre essas oportunidades está a criação de novasalimentos, o surgimento de novas oportunidades para a indústria e, o mais importante, a criação de bactérias resistentes aos vírus. Isso permitirá que os farmacêuticos criem drogas que lidem de maneira mais eficaz com vírus e bactérias.
A descoberta dos cientistas proporcionou essas oportunidades? Não. Mas fez grandes progressos na tentativa de criar um genoma completamente sintético de um organismo vivo com funções diferentes das originais.
"Eles levantaram o campo da genômica sintética emo novo nível, não apenas coletando com sucesso o maior genoma sintético já criado, mas também fazendo as maiores mudanças nele ”, concluiu Alice em entrevista ao The Guardian.