2008-01-25

Subject: Genoma construído à mão

 

Genoma construído à mão

 

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Mycoplasma bacteriaOs cientistas conseguiram construir bloco a bloco um genoma inteiro de bactéria, criando em laboratório o conjunto completo de instruções necessárias para criar uma forma de vida. O palco está agora preparado para a criação do primeiro organismo artificial, feito que pode ser alcançado no espaço de um ano.

O genoma da bactéria patogénica Mycoplasma genitalium foi construído em laboratório por Hamilton Smith e a sua equipa do J. Craig Venter Institute de Rockville, Maryland. O genoma tem 582970 nucleótidos, ou seja, mais de 10 vezes maior que o anterior segmento de material genético criado por meios químicos em laboratório.

Agora, a equipa do Venter Institute, que inclui o pioneiro da genética e fundador do instituto Craig Venter, irá tentar descobrir se as células podem ser postas a funcionar quando são carregadas com este programa genético artificial. “Este é o próximo passo e já estamos a trabalhar nele", diz Smith.

Venter e os seus colegas já tinham conseguido transplantar DNA de uma bactéria para outra, fazendo-as mudar de espécie. Estas bactérias eram parentes próximos da M. genitalium. Se o transplante puder ser repetido com um genoma artificial adaptado a partir do de M. genitalium, o resultado pode ser considerado a primeira forma de vida artificial.

O DNA é sintetizado acrescentado sequencialmente um dos quatro tipos de nucleótidos (vulgarmente representados pelas letras A, T, G e C) a uma cadeia crescente e por uma ordem específica. Está bem para além das nossas capacidades actuais unir meio milhão de bases através de um único processo contínuo, a cadeia torna-se instável e quebra-se.

Por esse motivo, os investigadores encomendaram 101 fragmentos ou cassetes, cada uma com 5 a 7 mil bases cada, a companhias como a Blue Heron Biotechnology de Bothell, Washington, a DNA2.0 de Menlo Park, Califórnia e a GENEART de Toronto, Ontário. Estes pedaços foram construídos com sequências que se sobrepunham para que pudessem ser mais tarde unidos enzimaticamente.

Para distinguir o DNA sintético do genoma de M. genitalium selvagens, Smith incluiu sequências ‘marca de água', ou seja, segmentos de DNA que revelavam a sua artificialidade. Estas marcas de água são inseridas em locais do genoma que as toleram sem que haja alterações nas funções gnéticas.

Os investigadores também fizeram uma outra alteração ao genoma natural: alteraram um gene de forma que se sabia tornava as células de M. genitalium incapazes de se ligar a células de mamífero. Isso assegurou que as células que transportavam o genoma artificial não podiam actuar como agentes patogénicos. A sequência revista será publicada no GenBank, dizem eles.

As cassetes foram depois unidas em filamentos cada um contendo um quarto do genoma total, com a ajuda de DNA-ligases, no interior de células da bactéria Escherichia coli. Mas, por razões que os investigadores ainda não compreendem, o resultado final destes quartos de genoma num único filamento não correu muito bem na bactéria, pelo que os transferiram para células de levedura para esse último passo.

 

Seguidamente, Smith extraiu os genomas sintéticos das células de levedura, usando enzimas que degradam o DNA da levedura. Finalmente, verificaram a sequência do DNA resultante para confirmar que estavam a obter o que pretendiam.

Os avanços na síntese de DNA podem eventualmente tornar possível construir um genoma inteiro de uma vez mas Dorene Farnham, directora de vendas e marketing da Blue Heron, salienta que isso não iria resolver todos os problemas. Mesmo que se consiga obter uma longa cadeia de DNA em laboratório, ela degradar-se-ia logo que fosse colocada numa célula, diz ela. “Há muitos outros factores que permitem que estes genes sintéticos sobrevivam numa célula."

O genoma de M. genitalium é o mais pequeno de todos os organismos que se sabe serem capazes de crescer e replicar-se independentemente. O seu DNA contém as instruções para formar apenas 485 proteínas, que regulam todas as funções celulares.

O seu pequeno genoma torna a M. genitalium um bom candidato a ser a base para um organismo mínimo, contendo apenas o essencial a nível de genes para sobreviver. A equipa do Venter Institute pensa que cerca de 100 dos genes da bactéria não são exactamente necessários à vida mas não sabem quais.

A melhor maneira de o testar seria fazer versões do genoma de M. genitalium sem alguns genes e observar se ainda existia um 'sistema operativo' viável para o organismo.

A equipa espera que uma versão reduzida do genoma de M. genitalium possa servir como chassis genérico ao qual possa ser adicionado todo o tipo de funções específicas, como genes que transformem as bactérias em fábricas biológicas para a produção de combustíveis 'verdes' com base em carbono ou hidrogénio, quando alimentadas com um certo tipo de nutrientes.

O próximo passo em direcção a esse objectivo é construir potenciais genomas mínimos do zero, transplantá-los para Mycoplasma, e ver se a célula sobrevive. “Podemos começar por remover os genes não essenciais e testar se conseguimos obter transplantes viáveis", diz Smith.

 

 

Saber mais:

J. Craig Venter Institute

Biologia sintética para a produção de energia

Mycoplasma genitalium

Requerida patente para 'vida sintética'

 

 

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