2017-03-11

Subject: Cromossomas de leveduras sintéticas ajudam a sondar mistérios evolutivos

Cromossomas de leveduras sintéticas ajudam a sondar mistérios evolutivos

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@ Nature/Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library

O biólogo evolutivo Stephen Jay Gould ponderou em tempos o que aconteceria se a "cassete da vida" fosse rebobinada e tocada novamente e, agora, os biólogos sintéticos testaram um dos aspetos desta noção modificando cromossomas de raiz, colocando-os em leveduras e procurando saber se os organismos modificados ainda funcionariam normalmente.

De acordo com os sete artigos agora publicados na revista Science, que descrevem a criação, testes e refinamento dos cinco cromossomas modificados de levedura, funcionam. Juntamente com um sexto cromossoma previamente sintetizado, eles representam mais de um terço do genoma da levedura de padeiro Saccharomyces cerevisiae. O consórcio internacional de mais de 200 investigadores que criaram estes cromossomas espera obter um genoma sintético de levedura completo até ao final do ano.

O trabalho já realizado pode ajudar a otimizar a criação de microrganismos produtores de álcool, medicamentos, fragrâncias e combustível e serve de guia para investigação futura sobre a evolução e funcionamento do genoma.

"O espantoso é que estão a perceber com o ajustar o genoma, não apenas a sintetizá-lo, através de um ciclo de conceção, construção testes e  aprendizagem", diz Jack Newman, cofundador da Amyris Biotechnologies de Emeryville, Califórnia. A abordagem é semelhante à dos informáticos que tentam compreender um código escrito há uma década, acrescenta ele, apesar de a tarefa ser muito mais complicada com genomas que sofreram milhões de anos de evolução. A levedura surgiu há mais de 50 milhões de anos, quando a linhagem Saccharomyces divergiu dos outros fungos.

Em 2010, o geneticista Craig Venter revelou o primeiro genoma sintético, uma versão simplificada do código genético de um parasita bacteriano, o Mycoplasma mycoides. Quatro anos depois, uma equipa liderada por Jef Boeke, geneticista de leveduras no Centro Médico Langone da Universidade de Nova Iorque, sintetizou um cromossoma de levedura, um eucarionte.

O objetivo de Venter era perceber qual seria o menor genoma necessário para a vida mas Boeke procurou explorar questões fundamentais sobre evolução, como se as leveduras poderiam ter evoluído por vias alternativas. Ele conduziu a sua busca para uma hipótese testável com a biologia sintética: quanto podemos alterar num genoma e ainda obter um organismo funcional?

Para responder a esta questão, Boeke atribuiu cada um dos 16 cromossomas da S. cerevisiae a equipas de colaboradores espalhados pelos Estados Unidos, Reino Unido, China, Singapura e Austrália. Cada uma deveria criar um cromossoma estável mas capaz de evolução e que mantivesse o funcionamento normal da levedura.

As equipas usaram programas de computador para conceber os códigos dos respetivos cromossomas. Omitiram algumas sequências presentes nos cromossomas naturais, como partes repetitivas, na esperança de aumentar a estabilidade das versões sintéticas, e atribuíram-lhes um mecanismo que imita a variação aleatória que conduz a evolução.

  A equipa do Instituto Pasteur de Paris documentou alterações estruturais dramáticas no núcleo da levedura sintética, ainda que continuasse funcional, produzindo proteínas e reproduzindo-se: “Parece que podemos torturar o genoma de formas muito complicadas e a levedura encolhe os ombros e cresce normalmente", diz Boeke.

Algumas equipas inventaram técnicas para identificar rapidamente erros nos cromossomas sintéticos, enquanto outras, como a da Universidade de Tianjin, China, otimizaram técnicas para remover problemas na sequências usando a CRISPR–Cas9.

“Considerando que sintetizaram 536024 pares de bases nesse cromossoma e apenas usaram a CRISPR para mexer em 45", diz George Church, geneticista na Universidade de Harvard, Cambridge, Massachusetts, “isso faz-nos pensar que isto pode ser a próxima bomba."

Não é provável que a síntese de genomas substitua ferramentas como a CRISPR, que permite aos cientistas acrescentar ou remover um número limitado de genes, diz ele. Mas pode tornar-se no método preferido para aplicações que exijam modificações genéticas complicadas, incluindo modificação de leveduras e outros microrganismos para o fabrico de fragrâncias e outros produtos.

“Se colocássemos essas estirpes de microrganismos offline e lhes reprogramassemos o código e os colocássemos de volta, os vírus e outros parasitas que as atacam estariam tão perdidos que não poderiam atuar", diz Church. “Seria como voltar à Idade Média e dar a um país a bomba de hidrogénio."

Vários grupos já lançaram esforços para sintetizar genomas de espécies como a bactéria Escherichia coli ou do Homem. Boeke está confiante que o seu consórcio irá criar um genoma sintético de levedura completo até ao final do ano pois a equipa já criou vários outros cromossomas, que está a testar.

 

 

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