Cientistas criam organismo com DNA artificial

By ANDREW POLLACK MAY 7, 2014

Tradução: Marcelo Ferraz

Nesta quarta-feira fora reportado que cientistas haviam tomado um passo significativo para a alteração do alfabeto fundamental da vida – eles criaram pela primeira vez um organismo com DNA que contém o código genético artificial. Este marco pode, eventualmente, rumar para organismos que podem fabricar medicamentos ou produtos industriais que células que contem apenas o código genético natural não podem.

Os cientistas, por trás do trabalho do Instituto de Pesquisa Scripps, já criaram uma empresa para tentar usar essa técnica para desenvolver novos antibióticos, vacinas e outros produtos, embora muito mais trabalho precisa ser feito antes que isso se torne prático.

O estudo também dá suporte ao conceito de que a vida pode existir em outras partes do universo usando uma genética diferente da nossa.

“Esta é a primeira vez que se teve uma célula viva gerenciando um alfabeto genético diferente”, disse Steven A. Benner , pesquisador no campo da Fundação para Evolução Molecular Aplicada em Gainesville, na Flórida, que não estava envolvido no novo trabalho .

Mas a pesquisa, publicada online pela revista Nature, nos obriga a levantar preocupações sobre a segurança e a questão se os humanos estão brincando de Deus. O novo estudo pode intensificar o clamor por uma maior regulação do campo de brotamento, também conhecida como biologia sintética, que envolve a criação de sistemas biológicos destinados a fins específicos .

“A chegada desta forma de vida ‘alienígena’ sem precedentes  poderá, no futuro, alcançar os limites éticos, legais e regulamentares”, Jim Thomas, do ETC Group, uma organização de advocacia canadense , disse em um e-mail. “Enquanto os biólogos sintéticos inventam novas maneiras de brincar com os blocos fundamentais da vida, os governos nem sequer são capazes de remendar os conceitos básicos de supervisão, avaliação e regulação para este campo de afluência“.

Apesar da grande diversidade de vida na Terra, todas as espécies, de bactérias simples até os seres humanos, usam o mesmo código genético. Ele é constituído por quatro unidades químicas no ADN, por vezes chamados nucleotídeos ou bases, que são geralmente representadas pelas letras A, C, G e T. A sequência destas unidades químicas determina o que as proteínas da célula cria. Essas proteínas, por sua vez, fazem a maior parte do trabalho em células e são necessárias para a estrutura, função e regulação de tecidos e órgãos do corpo .

Os pesquisadores da Scripps criaram quimicamente dois novos nucleotídeos, que eles chamaram de X e Y. Eles inseriram um par de XY na bactéria comum E. coli. As bactérias foram capazes de reproduzir normalmente, embora um pouco mais devagar do que o normal, replicando o X e Y juntamente com os nucleotídeos naturais.

Como efeito, essas bactérias têm, agora, um código genético de seis letras, em vez de quatro, talvez permitindo-lhes fazer novas proteínas que poderiam funcionar de uma forma completamente diferente daquelas criadas naturalmente .

“Se você tem uma língua que tem um certo número de letras , você irá querer acrescentar letras para que você possa escrever mais palavras e contar mais histórias“, disse Floyd E. Romesberg, um químico da Scripps , que liderou o trabalho.

Dr. Romesberg repudiou a preocupação de que novos organismos iriam fugir do controle e causar danos  a humanos, dizendo que a técnica era segura porque os nucleotídeos sintéticos foram alimentados para as bactérias. Se as bactérias escapassem para o meio ambiente ou entrassem no corpo de alguém, elas não seriam capazes de obter o material sintético necessário e iriam morrer ou iriam voltar a usar somente DNA natural.

“Isso nunca poderia infectar alguma coisa”, disse ele. Essa é uma razão pela qual a empresa que ele co-fundou, Synthorx, está procurando usar a técnica para crescer vírus ou bactérias para serem utilizados como vacinas vivas. Uma vez na corrente sanguínea, eles iriam conseguir induzir uma resposta imune, mas não seriam capazes de se reproduzirem.

Uma utilização possível de um alfabeto genético é expandido para permitir que as células façam novos tipos de proteínas.  Combinações de três nucleotídeos no DNA determinam aminoácidos específicos, que são entrelaçados para fazer proteínas. A célula, seguindo essas instruções, entrelaça aminoácidos juntos para formar proteínas. Com raras exceções, seres vivos usam apenas 20 aminoácidos.

Mas existem muitos aminoácidos que poderiam, possivelmente, ser utilizados em proteínas, potencialmente adicionando novas funções. Ambrx, uma empresa de San Diego que entrou com um pedido para ir a público, está incorporando novos aminoácidos em certas proteínas que são usados em drogas, em um esforço para tornar esses medicamentos mais eficientes em matar tumores ou fazer tratamentos durarem mais tempo na corrente sanguínea.

As proteínas com os novos aminoácidos também podem ser melhor monitorados para pesquisar como as células funcionam, ou isolados para uso em testes de diagnóstico. O trabalho sobre o DNA artificial está em andamento há mais de 20 anos. Nucleotídeos feitos pelo homem têm funcionado em tubos de ensaio e ainda são usados em alguns testes de diagnóstico.

Mas até agora não era possível fazê-los funcionar em uma célula viva. Dr. Romesberg disse que ele e seus colegas criaram 300 variantes, antes de criarem nucleotídeos que fossem estáveis o suficiente e fossem replicados tão facilmente quanto os naturais, durante a divisão celular. O nucleotídeo X pareia com Y, assim como o A pareia com T e C pareia com G, permitindo que o DNA  seja replicado com precisão.

As bactérias descritas no artigo da Nature continham apenas um único par XY. Ainda não se sabe se a uma célula funcionaria se contivesse muitos desses pares. Também não está claro por quanto tempo as bactérias poderiam sobreviver e manter o código diferente. O artigo menciona em cultivá-las por apenas cerca de 24 replicações em 15 horas.

Mas é importante notar que os investigadores não demonstraram, ainda, que os nucleotídeos artificiais podem, na verdade, ser usado pelas células para a produção de proteínas. Isso vai exigir mais uma engenharia genética da bactéria, embora trabalhos feitos por outros, sugere que isso talvez possa ser feito.

Dr. Benner na Flórida está tentando engendrar células geneticamente para que elas possam fazer os seus próprios nucleotídeos não naturais. Isso permitiria as células sobreviver por conta própria e serem mais úteis, disse ele.

Mas o Dr. Romesberg e seus colegas pegaram um atalho. Cloroplastos em plantas têm a capacidade de importar nucleotídeos do tecido circundante, e outros pesquisadores descobriram quais são os genes responsáveis por isso. Os pesquisadores da Scripps emendaram um gene de algas na bactéria E. coli, dando as bactérias a capacidade de assumir o X e Y nucleotídeos do meio em que eles cresceram.

“Foi necessário algumas soluções inteligentes para chegar onde eles chegaram”, disse Eric T. Kool, um professor de química na Universidade de Stanford, que também está fazendo pesquisas na área. “É claro que o dia está chegando, em que vamos poder, de forma estável, replicar estruturas genéticas artificiais.”

Além de qualquer possível aplicação prática, a pesquisa no campo, que é às vezes chamada de xenobiologia, poderia lançar luz sobre o por quê os seres vivos evoluíram para ter quatro nucleotídeos. Pode ser que quatro é o número mais eficiente, onde no caso os organismos com códigos genéticos expandidos podem não funcionar muito bem.

Fonte: New York Times