Herton Escobar / O Estado de S. Paulo
O microrganismo que há milênios nos permite produzir pães e bebidas alcoólicas - e, mais recentemente, combustíveis automotivos - acaba de receber uma repaginada genética na mão dos cientistas. Pesquisadores nos Estados Unidos anunciaram ontem a produção de um cromossomo sintético funcional para o fungo Saccharomyces cerevisiae, mais conhecido como levedura ou, simplesmente, fermento.
O cromossomo sintético, 100% construído em laboratório, é uma cópia mais enxuta do cromossomo 3 da levedura, cerca de 15% menor do que o original e com várias modificações embutidas para torná-lo mais estável e, ao mesmo tempo, mais fácil de ser manipulado e reprogramado de acordo com a vontade dos pesquisadores. Uma construção genética customizada, equivalente à nova versão de um sistema operacional para celulares: mais leve do que a anterior e com aplicativos opcionais que podem ser ligados ou desligados de acordo com as preferências do usuário.
Quem assina embaixo do novo "software" na revista Science são pesquisadores da Universidade Johns Hopkins - incluindo dezenas de alunos de graduação, que passaram um ano e meio construindo e colando pequenos pedaços de DNA, que depois foram montadas como peças de um quebra-cabeça para construir o cromossomo sintético (apelidado de syn3). "Nossa pesquisa traz a biologia sintética da teoria para a realidade", diz o pesquisador Jef Boeke, um dos autores principais do trabalho, em texto divulgado pela Universidade de Nova York (à qual ele está afiliado atualmente, depois de ter iniciado o projeto e o curso de graduação na Johns Hopkins).
A biologia sintética é o campo da ciência que utiliza a síntese de DNA em laboratório como ferramenta básica de trabalho, seja para fins de pesquisa básica ou para aplicações biotecnológicas, baseadas em engenharia genética. Em vez de "simplesmente" tirar um gene já pronto de um organismo e colocá-lo em outro - como se faz nos transgênicos atuais, por exemplo -, a ideia é construir programas inteiros de DNA, com finalidades específicas, da mesma forma que um programador de software escreve um aplicativo para celulares -- só que para células.
No caso das leveduras, a ideia é reprogramá-las geneticamente para fazer muito mais do que apenas fermentar pães ou secretar álcool; coisas que elas já fazem naturalmente muito bem. Leveduras transgênicas já são usadas industrialmente para produção de insulina e de drogas antimaláricas, por exemplo, mas cientistas acreditam que seja possível capacitá-las a produzir substâncias ainda muito mais complexas.
"A biologia sintética nos abre a possibilidade de criar leveduras que funcionem como verdadeiras indústrias químicas", diz o biólogo molecular Gonçalo Pereira, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e cofundador da GranBio, empresa de biotecnologia que está usando a biologia sintética para desenvolver leveduras transgênicas mais eficientes na produção de etanol e outras moléculas de interesse industrial. "Já imaginou usar a mesma plataforma de produção do etanol para fabricar outras moléculas que hoje só conseguimos obter do petróleo?"
O cromossomo sintético criado pelos pesquisadores da Johns Hopkins (em parceria com outras instituições dos EUA e da Europa) é o maior feito dessa área de pesquisa até agora. Outros grupos já sintetizaram genomas inteiros de vírus e bactérias nos últimos anos, mas é a primeira vez que se produz o cromossomo inteiro de um organismo eucarioto, dotado de células com núcleo e genomas bem maiores e mais complexos do que os chamados procariotos.
Leia também: Software celular, sintético (post sobre o trabalho pioneiro de Craig Venter, que produziu o primeiro genoma sintético funcional de bactéria, em 2010)
Apesar de a levedura ser um microrganismo (um fungo unicelular), ela é um eucarioto e possui as mesmas estruturas celulares que nós, seres humanos, o que faz dela o modelo ideal para esse tipo de pesquisa. A meta de Boeke e seus parceiros é sintetizar todos os 16 cromossomos da Saccharomyces cerevisiae nos próximos quatro anos, para, no final, produzir uma levedura com DNA 100% sintético, que possa ser customizado para a produção de fármacos e outras moléculas de interesse humano.
O projeto começou pelo cromossomo 3 por ele ser um dos menores do genoma da S. cerevisiae e controlar algumas funções de interesse especial, como a reprodução das leveduras. A versão sintética tem 273 mil pares de bases (A, T, C e G), cerca de 45 mil a menos do que o cromossomo original. Os cientistas intencionalmente deletaram vários trechos repetitivos e outras regiões consideradas menos essenciais. Apesar, disso, as leveduras que tiveram seu cromossomo original substituído pelo sintético sobreviveram e continuaram funcionando normalmente, sem qualquer diferença significativa de performance com as leveduras comuns.
"Fizemos mais de 50 mil mudanças no código genético do cromossomo e nossas leveduras continuam vivas. É incrível", comemora Boeke.
As mudanças introduzidas até agora não têm objetivos tecnológicos - de produzir alguma substância específica, por exemplo -, mas agora que a viabilidade da técnica foi comprovada, é certo que isso será tentado, não apenas por Boeke, mas por vários grupos de pesquisa ao redor do mundo.
Pesquisa básica. Do ponto de vista da pesquisa básica, um dos principais interesses é saber quantos e quais genes são absolutamente essenciais à sobrevivência das células; e quantos e quais genes podem ser desligados ou jogados fora sem maiores prejuízos ao seu funcionamento. Os cientistas já sabem que cerca de 5 mil dos 6 mil genes da levedura podem ser individualmente desligados sem qualquer problema (são genes não essenciais). Agora, com a biologia sintética, torna-se possível testar o efeito de diversas combinações de genes com muito mais agilidade, substituindo trechos de cromossomos ou cromossomos inteiros por versões produzidas em laboratório.
Pereira diz que os genomas da levedura e dos seres humanos, em termos de complexidade, são como um Fusca e uma Ferrari. "Estamos aprendendo a trocar o pneu do Fusca para, eventualmente, entender como funciona uma Ferrari", compara. "Um genoma de bactéria seria um carrinho de mão."
Na biomedicina, cientistas também estão usando a biologia sintética para construir genes mais estáveis e eficientes para uso no tratamento de doenças genéticas (via terapia gênica). É o que pretende fazer, por exemplo, o grupo da professora Aparecida Maria Fontes, da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto/USP, com o gene da doença de Gaucher. "Se funcionar para Gaucher, poderemos desenvolver a mesma técnica para várias outras doenças metabólicas, para as quais não há opção terapêutica hoje para os pacientes", diz. O projeto é financiado pela Fapesp e está sendo desenvolvido em parceria com o MIT, nos EUA.
...
Gostou? Compartilhe! Siga o blog no Twitter: @hertonescobar; e Facebook: http://goo.gl/3wio5m
