Conheça a vida artificial sintética já criada em laboratório

Novas descobertas lançam luz sobre os mecanismos que controlam os processos mais básicos da vida.

Há cinco anos (2016), os cientistas criaram um ser vivo sintético unicelular que, com apenas 473 genes, era a célula viva mais simples já conhecida. No entanto, este ser semelhante a uma bactéria se comportou de forma estranha ao crescer e se dividir, produzindo células com formas e tamanhos extremamente diferentes.

Conhecido como Syn 3.0, o novo organismo tem um genoma reduzido ao essencial para a sobrevivência e reprodução, apenas 473 genes. 

Agora (2021), os cientistas identificaram sete genes que podem ser adicionados para domesticar a natureza indisciplinada das células, fazendo com que elas se dividissem em orbes uniformes. Esta conquista, uma colaboração entre o J. Craig Venter Institute (JCVI), o National Institute of Standards and Technology (NIST) e o Massachusetts Institute of Technology (MIT) Center for Bits and Atoms, é descrita na revista Cell.

A identificação destes genes é um passo importante em direção à engenharia de células sintéticas que fazem coisas úteis. Tais células poderiam atuar como pequenas fábricas que produzem medicamentos, alimentos e combustíveis; detectar doenças e produzir drogas para tratá-las enquanto vivem dentro do corpo; e funcionar como pequenos computadores.

Mas para projetar e construir uma célula que faz exatamente o que você quer que ela faça, é  necessário ter uma lista das  peças essenciais e saber como elas se encaixam. 

"Queremos entender as regras fundamentais de projeto 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 compreender essas regras, então vamos seguir adiante!".

Um vídeo de lapso de tempo mostrando células do organismo sintético JCVI-syn3A crescendo e dividindo-se sob um microscópio de luz, a partir de uma colaboração de pesquisa entre o Instituto J. Craig Venter, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e o Centro de Tecnologia para Bits e Átomos do Instituto de Massachusetts. A barra de escala representa 50 micrômetros. Crédito: E. Strychalski, NIST e J. Pelletier, MIT

Os cientistas da JCVI construíram a primeira célula com um 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 nessas células e o substituíram por DNA que foi projetado em um computador e sintetizado em um laboratório. Este foi o primeiro ser vivo na história da vida na Terra a ter um genoma inteiramente sintético. Eles o chamaram de JCVI-syn1.0.

Desde então, os cientistas têm trabalhado para despojar esse organismo até seus componentes genéticos mínimos. A célula supersimples que eles criaram há cinco anos, chamada de JCVI-syn3.0, era talvez muito minimalista. 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, as bactérias E. coli que vivem em seu intestino nesse exato momento têm cerca de 4.000 genes. Uma célula humana tem cerca de 30.000.

A identificação desses sete genes adicionais exigiu anos de esforço cuidadoso 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 linhagens variantes adicionando e removendo sistematicamente genes. Ela e os outros pesquisadores observariam então como essas mudanças genéticas afetaram o crescimento e a divisão celular. 

O papel do NIST era medir as mudanças resultantes sob um microscópio. Isto era um desafio porque as células tinham que estar vivas para observação. Usar microscópios poderosos para observar células mortas é relativamente fácil. A captura de imagens de células vivas é muito mais difícil. 

Manter estas células no lugar sob um microscópio foi particularmente difícil porque elas são tão pequenas e delicadas. Uma centena ou mais caberiam dentro de uma única bactéria E. coli. Forças minúsculas podem dilacerá-las.

Para resolver este problema, Strychalski e os co-autores do MIT James Pelletier, Andreas Mershin e Neil Gershenfeld projetaram um quimiotato microfluídico - uma espécie de mini aquário - onde as células poderiam ser mantidas alimentadas e tranquilas sob um microscópio de luz. O resultado foi um vídeo em stop-motion que mostrou as células sintéticas crescendo e se dividindo. 

Este vídeo mostra as células JCVI-syn3.0 - as criadas há cinco anos - dividindo-se em diferentes formas e tamanhos. Algumas das células formam filamentos. Outras parecem não se separar completamente e se alinhar como contas em um fio. Apesar da variedade, todas estas células são geneticamente idênticas. 

Este vídeo mostra as novas células do JCVI-Syn3A dividindo-se em células de forma e tamanho mais uniformes.

Estes vídeos e outros como eles permitiram que os pesquisadores observassem como suas manipulações genéticas afetaram o crescimento e a divisão celular. Se a remoção de um gene perturbasse o processo normal, eles o colocariam de volta e tentariam outro.

"Nosso objetivo é conhecer a função de cada gene para podermos desenvolver um modelo completo de como funciona uma célula", disse Pelletier.

Mas esse objetivo ainda não foi alcançado. Dos sete genes acrescentados a este organismo para 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 vendo bem o que está acontecendo lá dentro.

Por: Jonathan Pena Castro

Fontes: 1, 2, 3