2014-05-11

Subject: Primeira forma de vida com DNA sintético

 

Primeira forma de vida com DNA sintético 

 

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Durante milhares de milhões de anos, a história da vida foi escrita com apenas quatro letras (A, T, C e G) mas agora esse alfabeto cresceu, anunciaram os investigadores, com a criação de uma célula viva que contém dois nucleótidos sintéticos no seu genoma.

Muito aplaudido por outros cientistas, o trabalho é mais um passo em direcção à síntese de células capazes de produzir medicamentos e outras moléculas úteis mas também coloca a possibilidade de as células puderem, um dia, ser modificadas sem qualquer uma das quatro bases de DNA usadas por todos os organismos da Terra.

“O que temos agora é uma célula viva que literalmente armazena informação genética acrescida", diz Floyd Romesberg, biólogo químico no Instituto Scripps de Investigação de La Jolla, Califórnia, que liderou este esforço já com 15 anos de duração. Os seus resultados foram publicados online na revista Nature.

Cada cadeia de dupla hélice do DNA é formada por um eixo de nucleótidos, cada um com um de quatro tipos de base azotada: adenina (A), timina (T), citosina(C) e guanina (G). Estas letras representam o código para os aminoácidos que compõem as proteínas e as bases unem as duas cadeias do DNA emparelhando-se especificamente A-T e C-G.

Os cientistas questionaram pela primeira vez se a vida poderia armazenar informação usando outro tipo de grupo químico na década de 1960 mas só em 1989 Steven Benner, na época no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, Suíça, formou moléculas de DNA com formas modificadas de citosina e guanina. Em tubo de ensaio, as cadeias formadas com estas "letras estranhas", como Benner as chama, foram capazes de se copiar e codificar RNA e proteínas.

As bases modificadas pela equipa de Romesberg são mais estranhas pois têm muito pouca semelhança química com as quatro naturais, diz Benner. Num artigo de 2008, e em experiências subsequentes, o grupo relatou os seus esforços para emparelhar compostos químicos de uma lista de 60 candidatos e as análises às 3600 combinações resultantes. Identificaram um par de bases, conhecidas por d5SICS e dNaM, que pareciam prometedoras pois tinham que ser compatíveis com a maquinaria enzimática que copia a traduz o DNA.

“Na altura não pensámos que podíamos seguir para um organismo com este par de bases", diz Denis Malyshev, antigo estudante de graduação no laboratório de Romesberg e que é o primeiro autor do novo artigo. Trabalhando com reacções em tubo de ensaio, os cientistas conseguiram que as suas bases não naturais se copiassem e fossem transcritas para RNA, o que exigia que as bases fossem reconhecidas pelas enzimas que tinham evoluído para usar as bases A, T, C e G.

O primeiro desafio para criar esta forma de vida sintética era fazer com que as células aceitassem as bases sintéticas necessárias à manutenção do DNA através das sucessivas divisões celulares. Para isso, equipa modificou a bactéria Escherichia coli de forma a que expressasse um gene de diatomácia que codificava uma proteína que permitia que as moléculas atravessassem a membrana da bactéria.

Os cientistas criaram, seguidamente, um plasmídio contendo um único par das bases estranhas e inseriram-no nas células da E. coli. Com a proteína de diatomácia a permitir a dieta de nucleótidos sintéticos, o plasmídio foi copiado e transmitido às E. coli em divisão durante uma semana. Quando se esgotou o fornecimento de nucleótidos sintéticos, a bactéria substituiu as bases sintéticas pelas naturais.

Malyshev vê a capacidade de controlar a entrada de bases de DNA sintéticas como uma medida de segurança que pode impedir a sobrevivência de células sintéticas fora do laboratório, caso escapem. Mas outros investigadores, incluindo Benner, estão a tentar modificar células que possam produzir as bases sintéticas de raiz, ultrapassando a necessidade de fornecimento humano.

O grupo de Romesberg está a trabalhar para que DNA sintético codifique proteínas que contenham aminoácidos que não fazem parte do código genético e das proteínas naturais. Os aminoácidos são codificados por codões de três letras de DNA logo a adição de apenas duas letras sintéticas expandiria largamente a capacidade de codificar novos aminoácidos.

 

 “Se lermos um livro escrito com apenas quatro letras não seremos capazes de contar muitas histórias interessantes", diz Romesberg. “Se nos derem mais letras podemos inventar novas palavras, encontrar novas formas de usar essas palavras e provavelmente contaremos histórias bem mais interessantes."

Os potenciais usos desta tecnologia incluem a incorporação de um aminoácido tóxico numa proteína para garantir que esta mate células tumorais ou o desenvolvimento de aminoácidos fluorescentes que ajudem os cientistas a seguir as reacções biológicas ao microscópio. A equipa de Romesberg já encontrou uma companhia, a Synthorx de San Diego, Califórnia, para comercializar o seu trabalho.

Ross Thyer, biólogo sintético na Universidade do Texas, Austin, considera o trabalho “um grande salto em frente no que podemos fazer", pode ser possível fazer com que o DNA sintético codifique novos aminoácidos, diz ele.

“Muitos na comunidade mais alargada pensavam que os resultados de Floyd seriam impossíveis", diz Benner, pois as reacções químicas que envolvem o DNA, como a replicação, têm que ser espantosamente sensíveis para evitar as mutações.

A E. coli sintética contém apenas um par de bases sintéticas de DNA em milhões mas Benner não vê razão para que seja impossível uma célula completamente sintética. “Não penso que haja limites, se voltarmos atrás e voltarmos a deixar a evolução fazer o seu trabalho durante quatro mil milhões de anos podemos chegar a um sistema genético diferente."

Mas a criação de um organismo totalmente sintético pode ser um desafio monumental: "Muitas vezes as pessoas dizem que vão fazer um organismo a partir do DNA não natural", diz Romesberg. “Isso não vai acontecer porque há demasiadas coisas que reconhecem o DNA, está demasiado integrado em todas as facetas da vida de uma célula.”

 

 

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