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Organismos semi-sintéticos e seu desenvolvimento
 
 
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 AS ORIGENS DA BIOLOGIA SINTÉTICA
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O conhecimento da genética e o seu desenvolvimento são bastante recentes e os avanços desta área são absolutamente surpreendentes. O desenvolvimento desta área da biologia teve grande repercussão a partir dos estudos de Gregor Mendel (1822-1884) publicados em 1866 e da descoberta realizada pelo químico suíço Friedrich Mieschner em 1869 de uma substância, denominada naquela época de nucleína. Em 1900 três cientistas, o alemão Carl Correns (1864-1933), o austríaco Erich Tschermak (1871-1962) e o holandês Hugo de Vries (1848-1935), de forma independente confirmam as leis de Mendel e o mundo se dá conta do surgimento de um novo campo de estudo nas ciências naturais.

Em 1909 o americano Thomas Morgan (1866-1945) descobriu os cromossomos e mostrou que os genes, enfileirados dentro deles, são os responsáveis pelos traços hereditários, e que, estes eram formados por DNA (Ácido Desoxirribonucleico), uma molécula constituída basicamente por quatro subunidades chamadas de nucleotídeos, sendo elas: adenina, guanina, citosina e timina.

Somente em 1953, é que os cientistas Francis Crick e James Watson desvendam com a substância química responsável pelas características hereditárias, o DNA, era constituído físico-quimicamente e como ele era capaz de se replicar transmitindo suas características de célula para célula. A partir de estudos de do DNA feitos com raios X, os cientistas desvendaram a famosa estrutura de duas cadeias helicoidais que todos conhecemos hoje como modelo de dupla-hélice. Foi a partir daí é que começamos a entender a base do código genético, ou código da vida.

A partir desses estudos os cientistas perceberam que o DNA era nova chave de desenvolvimento de vários processos biológicos e que se aprendêssemos a manipular este código as possibilidades seriam infinitas. Em 1961, François Jacob e Jacques Monod com suas descobertas a respeito do controle genético, o que os rendeu um prêmio Nobel, iniciam a era da biologia sintética. Várias descobertas posteriores, como das enzimas de restrição por Hamilton Smith e dos processos de recombinação gênica permitiram uma nova visão sobre a manipulação de organismos vivos.

Atualmente a biologia sintética possui dois focos bastante claros. O primeiro deles se baseia na “montagem” de componentes celulares, como o DNA, completamente sintéticos. O segundo foco contém os preceitos do que chamamos popularmente de engenharia genética, na qual o objetivo principal é extrair e trocar peças (genes ou genomas) entre os organismos vivos, formando o que conhecemos com transgênicos.

As aplicações da Biologia sintética são as mais variadas possíveis, passando pelos campos de geração energética, agrícolas, médicas, ambientais, industriais, entre outras. Devido a essas inúmeras potencialidades o valor global de mercado das empresas de biotecnologia chegaram a 10,8 bilhões de dólares em 2016, segundo a BCC Research, valores estes que, segundo a publicação, podem crescer até 40% nos próximos anos. Este crescimento não é ao acaso, em um futuro bem próximo organismos geneticamente modificados serão os responsáveis pela produção de nosso combustível, de nossos medicamentos, de novos materiais e muito mais.

Muitas coisas, apesar de parecerem ficção científica, já são realidade, já existem micróbios que são capazes de transformar restos de plantas em plástico por exemplo. Um consórcio, entre a empresa de tecnologia Joule Unlimited e a Audi, está desenvolvendo uma bactéria capaz de converter dióxido de carbono e luz solar em óleo diesel. O pesquisador George Church da Harvard University divulgou a alguns anos atrás a criação de um ribossomo artificial que seria capaz de produzir qualquer tipo proteína que for necessária a partir d um RNA também sintético. Sem dúvida todas estas inovações irão revolucionar a forma como vemos e exploramos nossos recursos biológicos. Segundo Church, não há nada que não possa ser feito melhor e mais barato a partir do uso da biotecnologia, incluindo computadores, bens de consumo, medicamentos e bens de consumo.



ORGANISMOS SEMI-SINTÉTICOS
O desenvolvimento da biologia sintética levou invariavelmente a produção de organismos modificados geneticamente, porém o caso dos chamados organismos semi-sintéticos vai além dos já conhecidos transgênicos. Todos os seres vivos possuem um DNA composto pelos nucleotídeos adenina, guanina, citosina e timina, representados respectivamente pelas letras A, G, C e T, o chamado alfabeto do código genético. Mesmo em organismos transgênicos o código é o mesmo, neste caso, genes inteiros são retirados de um organismo e introduzidos em outras espécies, porém o código continua o mesmo. Nos organismos semi-sintéticos esse código pode variar, uma equipe de pesquisadores, por exemplo, criou uma variedade de bactérias Escherichia coli modificadas e com um DNA completamente diferente.

Em um estudo publicado na revista revista Proceedings of the National Academy of Sciences, a equipe de cientistas, liderada pelo pesquisador Floyd Romesberg, do Instituto de Pesquisa Scripps (TSRI), na Califórnia, EUA, desenvolveu dois nucleotídeos sintéticos, chamados de nucleotídeos X e Y. Estes nucleotídeos formaram um par de bases adicional (os nucleotídeos naturais sempre se encontram pareados no DNA formando os pares de bases A-T e C-G) que foi introduzido com sucesso no código genético das E. coli.

Estas bactérias são os primeiros organismos semi-sintéticos do mundo e possuem três tipos de pares de bases ao invés de dois. A partir disso os cientistas criaram uma forma estável de vida que permitirá a exploração de novas formas e funções específicas nos seres vivos.  Segundo Romesberg estes organismos terão uma capacidade irrestrita de aumentar as informações transmitidas para as máquinas de produção de proteínas, os ribossomos, fornecendo uma plataforma adequada para a criação de organismos com atributos e traços completamente não naturais e que não são encontrados de forma alguma na natureza. 

O desenvolvimento dos nucleotídeos sintéticos havia sido realizado em 2014, entretanto sua introdução no código genético das bactérias não foi tão simples como parecia. Os organismos que recebiam o par de bases morriam logo após a inserção do novo par de bases. Os pesquisadores perceberam que a morte ocorria sempre no momento da replicação bacteriana, já que estas não conseguiam copiar o novo código no momento de sua divisão. O que a equipe de Romesberg sabia era que o genoma deste novo organismo necessitava de uma nova tecnologia para se manter estável e que o novo código genético deveria ser replicado da forma mais natural possível.

O desenvolvimento das pesquisas que conseguiram transformar este novo código genético das e. coli em um código estável dependeram muito de dois coautores do projeto, o estudante de graduação do TSRI Yoke Zhang e o pós doutor e membro da Sociedade Americana de Câncer Brian Lamb. Estes dois pesquisadores foram os responsáveis por desenvolver métodos para que as bactérias retivessem o código artificial em seu genoma. O que eles fizeram foi otimizar uma ferramenta denominada transportador de nucleotídeos que “carregava” os materiais necessários para que a célula reconhecesse e copiasse o par de bases artificial no momento da duplicação celular. Após este passo os pesquisadores ainda desenvolveram um novo Y, que era de mais fácil reconhecimento pelas enzimas que sintetizam o DNA durante sua replicação, permitindo que a cópia do par de base sintético fosse realizada de forma mais eficiente.

Finalmente, os cientistas utilizaram ainda a técnica do CRISPR-Cas9, para garantir a manutenção do genoma artificial nas bactérias. O sistema CRISPR (Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas) atua como uma resposta imune das bactérias que é capaz de detectar, copiar e eliminar genes invasores, como os de vírus por exemplo. O que os pesquisadores fizeram foi projetar as bactérias para que interpretassem uma sequência genética sem os nucleotídeos X e Y como um invasor. Assim, uma bactéria formada sem estes novos pares de base seria eliminada, como se os organismos se tornassem imunes as perdas das bases sintéticas. Assim os pesquisadores conseguiram replicar e analisar estas linhagens após 60 divisões celulares, fazendo os pesquisadores acreditar que este genoma iria se manter definitivamente nestas novas linhagens.


PERSPECTIVAS FUTURAS DE UTILIZAÇÃO DOS SEMI-SINTÉTICOS
Segundo o grupo pesquisadores do TSRI, o trabalho científico ainda está no início e possibilidades de utilização desta ferramenta em organismos mais complexos que bactérias ainda está longe de acontecer. Quando questionado sobre as aplicações do experimento Romesberg é enfático em dizer que estes organismos não possuem nenhum tipo de função até o momento, tendo em vista que o par de bases sintético ainda não pode ser lido pelos mecanismos celulares. Apesar disso o pesquisador acredita que em um futuro próximo isto será possível e, a partir daí, a análise do potencial de transcrição do material genético para RNA e depois na tradução de proteínas poderá estabelecer de forma mais clara estas “funções”.

Apesar de ser visto com restrições, o experimento de Romesberg e sua equipe não são encarados como algo perigoso até o momento. Diversas entidades científicas tem apoiado a pesquisa e acreditam que a fabricação de proteínas não encontradas na natureza poderia ser uma nova oportunidade para geração de uma nova e vasta gama de medicamentos. Segundo o próprio pesquisador “é importante para a ciência eliminar o medo do desconhecido”, acrescentando: “os benefícios devem ser ponderados contra os custos potenciais, e neste caso os benefícios incluem novas e melhores drogas”.

Segundo Michael Kalichman diretor do Centro de Ética em Ciência e Tecnologia da UC San Diego não existe nenhum problema ético no desenvolvimento das pesquisas de Romesberg. Entretanto alguns cuidados devem ser tomados em relação ao desenvolvimento de organismos semi-sintéticos. A introdução de um organismo deste tipo na natureza, por exemplo, poderia causar desastres ambientais e de saúde até então inimagináveis. As maiores controvérsias, no entanto, envolvem este tipo de manipulação para organismos pluricelulares, o que, invariavelmente levanta questões sobre manipulações de genes humanos, o que poderia levar, segundo alguns críticos, a um processo de eugenia gênica ou ao transhumanismo, que beneficiaria apenas a uma parte da população que teria acesso a estes tipos de tratamento.

As maiores críticas a projetos deste tipo sempre passam por este tipo de discussão e devem ser discutidos dentro dos aspectos éticos da maneira mais profunda possível. De qualquer maneira a biologia sintética tem se desenvolvido para transformar os organismos em seres cada vez mais eficientes, podendo resolver grandes problemas da humanidade. Imagine plantas que retiram o nitrogênio diretamente do ar sem precisar de fertilizantes, ou ainda com maior capacidade de fotossíntese e de retirada de CO2 da atmosfera. Novos microrganismos estão sendo projetados neste momento para degradar e decompor completamente materiais tóxicos e poluentes, para produzir concreto e para transformar resíduos agrícolas em eletricidade.

Os perigos da manipulação genética de organismos são reais e deve se ter cuidado, entretanto as soluções encontradas até o momento trazem mais soluções do que conflitos. O nosso conhecimento está avançando e será possível projetarmos organismos sintéticos seguros em caso de um descontrole populacional, ou ainda, criar linhagens que não sobreviveriam fora de um ambiente laboratorial controlado. Longe de ser uma ameaça para o planeta, os cientistas acreditam que biologia sintética trará uma grande esperança para o futuro da humanidade.


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