Cinco anos atrás, os cientistas criaram um organismo sintético unicelular que, com apenas 473 genes, era a célula viva mais simples já conhecida. No entanto, esse organismo semelhante a uma bactéria comportou-se de maneira estranha durante o crescimento e a divisão, produzindo células com formas e tamanhos totalmente diferentes.
Agora, os cientistas identificaram sete genes que podem ser adicionados para domar a natureza indisciplinada das células, fazendo com que se dividam ordenadamente em orbes uniformes. Esta conquista, uma colaboração entre o J. Craig Venter Institute (JCVI), o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e o Centro de Bits e Átomos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts ( MIT ), é descrita na revista Cell .
Identificar esses genes é um passo importante para a engenharia de células sintéticas que fazem coisas úteis. Essas células podem atuar como pequenas fábricas que produzem drogas, alimentos e combustíveis; detectar doenças e produzir medicamentos para tratá-las enquanto vivem dentro do corpo; e funcionam como minúsculos computadores.
Mas, para projetar e construir uma célula que faça exatamente o que você deseja, é útil ter uma lista de peças essenciais e o know-how que elas se encaixam.
“Queremos entender as regras fundamentais do design da vida”, disse Elizabeth Strychalski, co-autora do estudo e líder do Grupo de Engenharia Celular do NIST. “Se esta célula pode nos ajudar a descobrir e entender essas regras, então estamos prontos para as corridas.”
Cientistas da JCVI construíram a primeira célula com genoma sintético em 2010. Eles não construíram essa célula completamente do zero. Em vez disso, eles começaram com células de um tipo muito simples de bactéria chamada micoplasma. Eles destruíram o DNA dessas células e o substituíram por DNA que foi projetado em um computador e sintetizado em um laboratório. Este foi o primeiro organismo na história da vida na Terra a ter um genoma totalmente sintético. Eles o chamaram de JCVI-syn1.0.
Desde então, os cientistas têm trabalhado para reduzir esse organismo a seus componentes genéticos mínimos. A célula super simples que eles criaram cinco anos atrás, apelidada de JCVI-syn3.0, talvez fosse minimalista demais. Os pesquisadores agora adicionaram 19 genes de volta a esta célula, incluindo os sete necessários para a divisão celular normal, para criar a nova variante, JCVI-syn3A. Esta variante tem menos de 500 genes. Para colocar esse número em perspectiva, a bactéria E. coli que vive em seu intestino tem cerca de 4.000 genes. Uma célula humana tem cerca de 30.000.
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“Queremos compreender as regras fundamentais do design de vida. Se esta célula pode nos ajudar a descobrir e entender essas regras, então estamos prontos para as corridas. ” – Elizabeth Strychalski, co-autora do estudo e líder do Grupo de Engenharia Celular do NIST
Identificar esses sete genes adicionais levou anos de esforço árduo do grupo de biologia sintética da JCVI, liderado pelo co-autor John Glass. O co-autor e cientista do JCVI, Lijie Sun, construiu dezenas de cepas variantes adicionando e removendo genes sistematicamente. Ela e os outros pesquisadores observariam como essas mudanças genéticas afetaram o crescimento e a divisão celular.
O papel do NIST era medir as mudanças resultantes em um microscópio. Este foi um desafio porque as células tinham que estar vivas para observação. Usar microscópios poderosos para observar células mortas é relativamente fácil. A imagem de células vivas é muito mais difícil.
Manter essas células no lugar sob um microscópio foi particularmente difícil porque elas são muito pequenas e delicadas. Cem ou mais caberiam dentro de uma única bactéria E. coli . Pequenas forças podem separá-los.
Para resolver este problema, Strychalski e os coautores do MIT James Pelletier, Andreas Mershin e Neil Gershenfeld projetaram um quimiostato microfluídico – uma espécie de miniaquário – onde as células poderiam ser mantidas alimentadas e felizes sob um microscópio óptico. O resultado foi um vídeo stop-motion que mostrou as células sintéticas crescendo e se dividindo.
Este vídeo mostra células JCVI-syn3.0 – aquelas criadas cinco anos atrás – se dividindo em diferentes formas e tamanhos. Algumas das células formam filamentos. Outros parecem não se separar totalmente e se alinhar como contas em um cordão. Apesar da variedade, todas essas células são geneticamente idênticas.
Este vídeo mostra as novas células JCVI-Syn3A se dividindo em células de forma e tamanho mais uniformes.
Esses vídeos e outros como eles permitiram aos pesquisadores observar como suas manipulações genéticas afetaram o crescimento e a divisão celular. Se a remoção de um gene interrompesse o processo normal, eles o colocariam de volta e tentariam outro.
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“Nosso objetivo é conhecer a função de cada gene para que possamos desenvolver um modelo completo de como uma célula funciona”, disse Pelletier.
Mas esse objetivo ainda não foi alcançado. Dos sete genes adicionados a este organismo para a divisão celular normal, os cientistas sabem o que apenas dois deles fazem. Os papéis que os outros cinco desempenham na divisão celular ainda não são conhecidos.
“A vida ainda é uma caixa preta”, disse Strychalski. Mas com esta célula sintética simplificada, os cientistas estão dando uma boa olhada no que está acontecendo lá dentro.
Fonte: Live Science / ScienceMag
