CRISPR: nova e revolucionária técnica para edição de genoma


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Ter o genoma sequenciado por apenas 1000 dólares em breve será uma realidade. E não é somente ler o genoma que está se tornando cada vez mais acessível, descobertas recentes resultaram em uma nova ferramenta de edição de genoma que promete revolucionar a pesquisa médica e o tratamento de algumas doenças. Este mecanismo, chamado de CRISPR, é baseado num sistema de defesa contra vírus, uma espécie de sistema imunológico, encontrado em bactérias. E mais uma aprendemos algo interessante com estes seres unicelulares (discutimos num post anterior como bactérias podem ajudar a combater o cancer).

Editando o genoma para curar doenças

Tornar o tratamento de desordens gen√©ticas √© sem d√ļvida uma das mais excitantes possibilidades desta nova t√©cnica, principalmente disordens causadas por uma ou poucas muta√ß√Ķes, tais como doen√ßa de¬†Huntington. Para comprovar que isto pode ser feito, cientistas do MIT, em experimentos em camundongos, conseguiram curar em uma doen√ßa rara que ataca o f√≠gado e √© causado pela muta√ß√£o de apenas um par de base de DNA. Esta doen√ßa, que tamb√©m ocorre em humanos, afeta 1 em cada 100.000 pessoas e consiste na falha da quebra do amino√°cido tirosina que acumula e afeta o funcionamento do f√≠gado. Utilizando a t√©cnica de CRISPR os cientistas conseguiram corrigir o gene para 1 em cada 250 c√©lulas do figado (hepat√≥citos) dos camundongos. Depois de 30 dias estas c√©lulas proliferaram e substituiram parte das c√©lulas com o gene defeituoso chegando a um ter√ßo da popula√ß√£o total de c√©lulas, o que foi suficiente para curar a doen√ßa. Veja o artigo publicado na Nature.

Mecanismo básico das ferramentas de edição de genoma

crisprBasicamente, o mecanismo de edição de genoma consiste em um sistema para reconhecer o sítio onde haverá a mudança combinado a um mecanismo de corte do DNA (nucleases). Uma vez reconhecido o local de corte as nucleases agem fazendo um corte nas duas fitas do DNA. Uma vez cortado, mecanismos de reparação do genoma tendem a juntar as fitas novamente e neste processo um pedaço de DNA pode ser removido ou até mesmo trocado por outro pedaço de DNA.

As primeiras técnicas desenvolvidas, tanto Zinc finger nucleases quanto TALEN, utilizam proteínas para reconhecer o sítio de corte no genoma. Proteínas são pesadas e díficeis de projetar, diferentemente de RNA que pode ser facilmente sintetizado. E é aí que está a grande inovação da técnica de CRISPR, em utilizar pequenos pedaços de RNA para identificar o sítio de corte, o que torna a técnica simples e de baixo custo.

Recomendo os seguintes v√≠deos/anima√ß√Ķes para uma ilustra√ß√£o do mecanismo de edi√ß√£o de genomas. O primeiro video (em ingl√™s) fala um pouco sobre os mecanismos gerais destas t√©cnicas. O segundo v√≠deo (tamb√©m em ingl√™s) ilustra o mecanismo baseado na CRISPR.

Referência:

Cong, Le, et al. “Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems.”Science¬†339.6121 (2013): 819-823.

Hwang, Woong Y., et al. “Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system.”¬†Nature biotechnology¬†31.3 (2013): 227-229.

Bact√©rias na guerra contra o c√Ęncer

safe_imageVimos num post anterior, que bact√©rias id√™nticas em seu DNA podem tomar diferentes decis√Ķes quando est√£o sobre stress tais como escassez de alimento.¬†Diversas estrat√©gias tais como ficar dormentes (esporula√ß√£o), entrar em compet√™ncia ou at√© mesmo canibalismo s√£o utilizadas para aumentar as chances de sobreviv√™ncia da col√īnia.¬†Nos √ļltimos anos, tem aumentado o n√ļmero de evid√™ncias de que c√©lulas cancer√≠genas agem de maneira bastante semelhante. Utilizando um avan√ßado sistema de coopera√ß√£o e comunica√ß√£o celular, estas c√©lulas s√£o capazes de se espalhar pelo corpo colonizando novos √≥rg√£os (met√°stase) ou resistir a a√ß√Ķes cl√≠nicas tais como quimioterapia. Uma das maneiras de resistir a quimioterapia, por exemplo, √© pela estrat√©gia de tornar-se “dormente” adotada por algumas das c√©lulas do tumor, processo an√°logo a esporula√ß√£o das bact√©rias.

Atualmente, desvendar o sistema de comunica√ß√£o utilizado por c√©lulas cancer√≠genas tem sido foco de in√ļmeras pesquisas. Como em qualquer guerra moderna, destruir o sistema de comunica√ß√£o inimigo pode causar grandes danos. E na guerra contra o c√Ęncer provavelmente n√£o ser√° diferente. Impedir as c√©lulas de se comunicarem pode evitar que elas adotem estrat√©gias inteligentes tais como ficarem dormentes durante quimioterapia ou at√© mesmo matar c√©lulas irm√£s para obten√ß√£o de alimento. Uma vez entendido a linguagem utilizada por estas c√©lulas, podemos utilizar isto ao nosso favor, interferindo nas mensagens e fazendo com que c√©lulas dormentes sejam acordadas durante a quimioterapia ou at√© mesmo induzir as c√©lulas cancer√≠genas a matarem umas as outras.

Finalmente, uma poss√≠vel estrat√©gia futura seria recrutar bact√©rias para derrotar o c√Ęncer. Elas poderiam ser utilizadas para “ensinar” as c√©lulas do sistema imunol√≥gico a reconhecer e matar as c√©lulas cancer√≠genas. √Č importante ressaltar que ainda compreendemos muito pouco sobre os mecanismos envolvidos no c√Ęncer e novas abordagens s√£o necess√°rias para super√°-lo. Entretanto, quem sabe num futuro pr√≥ximo, estaremos¬†em uma era de guerra cibern√©tica biol√≥gica onde bact√©rias ser√£o inteligentemente projetadas para derrotar o c√Ęncer.¬†

Referências:

¬†‚ÄúBacterial survival strategies suggest rethinking cancer cooperativity‚Ä̬†Eshel Ben-Jacob, Donald S. Coffey, Herbert Levine. Trends in Microbiology. 2012.¬†

‚ÄúBacterial linguistic communication and social intelligence‚Ä̬†Eshel Ben-Jacob, Israela Becker, Yoash Shapira, Herbert Levine. Trends in Microbiology. 2004

Estratégias para tempos adversos.

Em tempos adversos √© comum haver muitas mudan√ßas e isto n√£o acontece somente com os humanos que saem as ruas, fazem guerra ou revolu√ß√£o. Na natureza observamos in√ļmeras estrat√©gias dos seres vivos para superar tempos dif√≠ceis, algumas bastante chocantes do ponto de vista humano, tais como infantic√≠dio ou canibalismo. E no mundo microsc√≥pio n√£o √© diferente.

Se voc√™ pensa que as bact√©rias morrem pac√≠ficas quando as condi√ß√Ķes n√£o s√£o favor√°veis voc√™ est√° bastante enganado. At√© mesmo para estes min√ļsculos seres unicelulares a vida pode ser complexa e cheias de decis√Ķes dif√≠ceis e estressantes a serem tomadas. Existem diversas estrat√©gias para lidar com tempos dif√≠ceis, tais como escassez de alimentos e danos ao DNA. Uma das estrat√©gias mais radicais e mais utilizadas quando a coisa est√° realmente feia √© formar esporos, uma resposta celular bastante complexa que envolve a ativa√ß√£o de mais de 500 genes ao longo de aproximadamente 10 horas. Este processo termina com a morte da c√©lula m√£e e a forma√ß√£o de uma c√©lula filha dormente com a capacidade de resistir a situa√ß√Ķes extremas como calor, radia√ß√£o e presen√ßa de substancias qu√≠micas. Por outro lado, durante este tempo o esporo n√£o pode tirar vantagem imediata de situa√ß√Ķes favor√°veis para se reproduzir.

Esporula√ß√£o √© uma tomada de decis√£o bastante complexa e que n√£o se inicia simplesmente com a escassez de alimentos, mas √© resultado de uma s√©rie de passos que podem ser descritas como decis√Ķes celulares sobre como lidar com o stress presente. Envolve, por exemplo, uma comunica√ß√£o entre as bact√©rias da mesma colonia por um mecanismo chamado de quorum sensing. Al√©m disto, antes da esporula√ß√£o, comumente as bact√©rias tentam outras t√°ticas como ativar um flagelo para buscar alimentos, secretar antibi√≥ticos e outras substancias na tentativa de destruir outros micr√≥bios competidores.¬† As c√©lulas tamb√©m checam uma s√©rie de condi√ß√Ķes internas antes de decidir esporular tais como a integridade do DNA cromossomal.

Mesmo quando a maior parte da colonia decide por esporular, o material gerado pela lise da membranas das c√©lulas que esporularam s√£o aproveitados por outras c√©lulas da colonia que, no caminho para esporular, entram no estado chamado de compet√™ncia, que consiste em abrir poros na membrana para facilitar a entrada de DNA ex√≥geno, que pode ser utilizado para reparo do DNA e eventualmente como fonte de informa√ß√£o gen√©tica que as ajudar√° a resistir ao momento. H√° ainda um outro caminho mais radical¬† tomado por algumas c√©lulas da col√īnia que consiste em secretar alguns fatores antibacterianos que faz com que c√©lulas irm√£s fiquem incapazes de esporular, causando inclusive a lise de sua membrana, em uma esp√©cie de canibalismo. Interessante notar que, sobre a perspectiva de teoria de jogos, a estrat√©gia de canibalismo seria predominante sobre a estrat√©gia de entrar em compet√™ncia, o que n√£o √© observado. Isto indica que possivelmente as c√©lulas em compet√™ncia s√£o imunes ao canibalismo, mas n√£o sabemos ainda se √© este o caso.

Modelos te√≥ricos/moleculares para este tipo de tomada de decis√Ķes normalmente consistem na integra√ß√£o de m√≥dulos g√™nicos formados principalmente por circuitos regulados por diversos fatores de transcri√ß√£o e micro RNAs. Estes tipos de sistemas g√™nicos tamb√©m desempenham um papel importante no desenvolvimento embrion√°rio e de c√©lulas cancer√≠genas, motivo pelo qual tem se dado muita aten√ß√£o a este tipo de estudo.

Referencias:

[1] Schultz, D., Wolynes, P. G., Jacob, E. B., & Onuchic, J. N. (2009). Deciding fate in adverse times: sporulation and competence in Bacillus subtilis. PNAS.
[2] Lu, M., Jolly, M. K., Gomoto, R., Huang, B., Onuchic, J. N., & Ben-Jacob, E. (2013). Tristability in Cancer Associated miRNA-TF Chimera Toggle Switch. The Journal of Physical Chemistry B.
[3] Stavropoulos, T., Schultz, D., Onuchic, J. N., & Ben Jacob, E. (2012). Breaking the Code of Bacteria Decision Making. Biophysical Journal.
[4] Ben-Jacob, E., S Coffey, D., & Levine, H. (2012). Bacterial survival strategies suggest rethinking cancer cooperativity. Trends in microbiology.

Aventuras em Biologia Sintética

Drew Endy

Eu considero os quadrinhos como uma das formas mais interessantes de se narrar uma história. São também uma ótima forma de divulgar ciência de uma maneira didática e divertida.

Drew Endy um dos pais da biologia sintética (e do Registry of Parts), juntamente com Isadora Deese (ambos do MIT) elaboraram o quadrinho Adventures in Synthetic Biology. E tem mais: o quadrinho foi publicado no website da prestigiada revista Nature.

Confira Adventures in Synthetic Biology e aprenda de maneira didática o que são biobrick, PoPs, entre outros conceitos básicos.

 

Links possivelmente interessantes:

 

Crowdfunding: o “fa√ßa voc√™ mesmo” do financiamento

O movimento DIY (Do It Yourself) √© lindo. √Č quase uma coisa ut√≥pica: voc√™ quer fazer alguma coisa? Aprende, vai l√° e faz, oras! Basta ter aquela ideia que n√£o te deixa dormir, ficar obcecado por ela, ser um pouco otimista e deixar a pregui√ßa de lado. Perfeito, mas… Onde arrumar a grana para seus planos?

Regras do Jogo

Tudo bem, as coisas n√£o s√£o t√£o f√°ceis assim. Vivemos¬† num mundo capitalista e as regras do jogo te impedem de colocar uma bela ideia em pr√°tica se voc√™ n√£o tiver dinheiro. O grande problema na maioria das vezes √© justamente esse: o capital inicial. Muitas ideias legais e empreendimentos n√£o saem do papel porque o suporte para esse tipo de coisa n√£o √© algo trivial de se conseguir e os riscos s√£o altos dependendo do caso. Por exemplo, um dos grandes problemas que enfrentamos para arranjar financiamento para a participa√ß√£o do iGEM foi a falta de apoio p√ļblico √† iniciativas tecnol√≥gicas de pequeno porte (talvez seria mais correto chamar de “mini porte”): ou as chamadas de projeto davam dinheiro demais ou n√£o davam dinheiro nenhum. Se f√īssemos uma empresa, n√£o nos encaixar√≠amos em nenhuma categoria de investimento, o que n√£o significaria que a empresa poderia gerar menos ou mais retornos que as de categorias de investimento maiores.

Mas a√≠ voc√™ pode perguntar: “Ent√£o porque voc√™s n√£o pediram dinheiro a mais mesmo?”. √Č porque esse tipo de apoio deve ter todos seus gastos todos justificados, afinal √© um investimento! Se seu empreendimento n√£o demanda¬† coisas o suficiente ele acaba morrendo de fome.

“Toc-Toc”-“Ol√° senhor, gostaria de investir no meu empreendimento?”

Mas calma l√° tamb√©m, isso n√£o significa que para colocar sua ideia em pr√°tica ser√° preciso ser um mission√°rio do empreendedorismo e bater de porta em porta pedindo financiamento… √Č quase isso.

A diferen√ßa √© que, se quiser fazer um belo DIY,¬† ter√° que bater na porta de fundos de investimento privados. Eles s√£o menos inflex√≠veis que os fundos p√ļblicos (como o BNDES, FINEP e etc) em termos de linhas de financiamento, contudo s√£o um pouco mais sisudos: esses fundos s√£o controlados pelo mercado e o grande objetivo √© o retorno do investimento, sem envolver quest√Ķes sociais e culturais do projeto; a n√£o ser que voc√™ encontre um fundo supimpa que se preocupe com isso. Se voc√™ conseguir conquistar os empres√°rios, eles deixar√£o o jogo mais f√°cil para voc√™ colocar seu sonho em pr√°tica.

O Nanoempreendedorismo

O movimento DIY n√£o precisa de tanto dinheiro assim para se preocupar com fundos de investimento, a n√£o ser que voc√™ queira deixar a brincadeira do “fa√ßa voc√™ mesmo” mais s√©ria depois. Afinal para fazer um DIY que se preze, os materiais devem ser baratos e f√°ceis de se encontrar. S√≥ que isso gera um problema semelhante a um empreendimento de “mini porte”: voc√™ n√£o vai precisar (provavelmente) e n√£o vai conseguir sozinho 10.000 ou 20.000 d√≥lares; o que voc√™ vai precisar para projetos de garagem √© da ordem de 500 a 2000 d√≥lares. √Č pouco prov√°vel – devido ao porte do empreendimento – que exista um fundo de investimento que se interesse em apoiar (tudo bem, vai que voc√™ consegue!) o seu “fa√ßa voc√™ mesmo” (apesar desses valores ainda serem uma consider√°vel graninha!). Uma categoria de investimento para “nano-empreendedores” seria mais improv√°vel ainda: al√©m de ser uma grande mistura de hobby com neg√≥cios – o que poderia estragar toda a ideia divertida de DIY – os riscos de investimento seriam muito altos (apesar de estar em jogo “pouca” grana).

Crowdfunding: o poder da internet em suas m√£os

Como deu para perceber, apesar do dinheiro ser importante, n√£o diria que ele √© o limitante para sua ideia (apesar de aumentar pra caramba a sua moral e seu respeito social), seria mais um entrave. O essencial mesmo √© conhecer pessoas. Pessoas certas na hora certa principalmente, isso sim √© que √© dif√≠cil. Isso vai economizar muito tempo e sola de sapato. Mas diminuindo ainda mais o tamanho das coisas, pode ser que nem sapatos sejam necess√°rios: apenas uma conex√£o com a internet j√° basta (a internet te d√° super-poderes). √Č assim que funciona o Crowdfunding, o “financiamento pela multid√£o”. √Č o mesmo modelo que a Wikipedia, a Avaaz¬†e v√°rios programas e aplicativos gratuitos que vivem de doa√ß√Ķes usam para conseguir existir.

Como sempre, as coisas legais chegam no Brasil depois de j√° fazerem muito sucesso “l√° fora”, mas j√° existem iniciativas muito legais
como a Crowdfunding Brasil. Contudo, dá para pegar a onda dos gringos através de alguns sites muito legais:

RocketHub

Dispon√≠vel para usu√°rios de¬† todo o mundo. Funciona como todos os outros: voc√™ cria uma p√°gina para as pessoas contribu√≠rem online, estabelece o quanto voc√™ precisa para sua ideia e d√° um prazo para levantar a grana. Ajudando com diferentes valores existem diferentes categorias de “recompensas” que o contribuidor ganha. O que o RocketHub ganha com tudo isso? 4% de tudo arrecadado, para financiamentos dentro do prazo ou n√£o. Eles recomendam essa corre√ß√£o nos valores antes de realizar a campanha.

Kickstarter

Diferentemente do RocketHub, aqui o neg√≥cio √© tudo ou nada: consegiu financiar no prazo? O dinheiro √© seu. N√£o conseguiu? √Č do Kickstarter. √Č o site de Crowdfunding mais famoso, mas por enquanto n√£o √© de acesso mundial.

 

 

IndieGoGo

√Č bem parecido com o RocketHub: tamb√©m √© uma plataforma mundial e cobra 4% de tudo arrecadado. A √ļnica diferen√ßa √© que se voc√™ n√£o conseguir levantar a quantia no prazo, a porcentagem que fica para o site √© maior: 9%.

O √ļnico site de crowdfunding tupiniquim √© o LET’S. Ainda n√£o √© t√£o bombado como os outros, mas com as pol√≠ticas de divula√ß√£o do site e do formato de financiamento de crowdfunding, espera-se que no futuro seja uma op√ß√£o t√£o boa quanto as estrangeiras. A LET’S sempre fica com 5% do valor arrecadado caso o pagamento seja via Paypal.

Existem muitos projetos impressionantes e interessantíssimos nesses sites, com diferentes graus de ambição. Para nossa iniciativa de participação no iGEM 2012, além de corrermos atrás de financiamentos por patrocínios de empresas, criamos um projeto lá no RocketHub! Até o presente momento conseguimos levantar incríveis 385 dólares (uhul! Estamos ricos!). Sinta-se à vontade para olhar nossas recompensas e contribuir como quiser! Conte para todo mundo também!

Enfim: fica aí a dica. Principalmente se você curte DIY Biology e tem ideias bem legais que quer colocar em prática. Só não vai criar um problema de Biossegurança hein!

SynbioBrasil no Science Blogs!

Após passar por um processo de seleção junto à outros ótimos blogs de ciência brasileiros o SynbioBrasil foi convidado a participar da rede ScienceBlogs Brasil (SBBr), uma das mais importantes e influentes comunidades de blogs sobre ciência do Brasil!

Figuram na SBBr grandes blogueiros da ci√™ncia e apoiadores da nossa iniciativa, como √Ātila Iamarino, do blog Rainha Vermelha, e Carlos Hotta, do Brontossauros em Meu Jardim, isso sem falar nos v√°rios outros √≥timos blogs (como o Massa Cr√≠tica; Chap√©u, Chicote e Carbono-14; e Ci√™ncia e Ideias).

Todos nós do time de colaboradores, tanto dos que escrevem no blog, como os que participam da iniciativa para o iGEM 2012, recebemos com grande honra essa oportunidade e esperamos poder continuar nosso trabalho de divulgação científica sobre Biologia Sintética, iGEM e DIY Biology, seguindo nossa filosofia para uma ciência mais aberta, acessível e democrática, que estimule a interdisciplinariedade e integração de universidades, institutos e iniciativas privadas na inovação da pesquisa brasileira através da biologia sintética.

Particularmente, √© muito bonito poder fazer parte dessa nova gera√ß√£o de blogs cient√≠ficos, ainda mais podendo participar da comunidade de blogs que leio desde a adolesc√™ncia e que com certeza influenciou muitas decis√Ķes da minha vida, servindo principalmente para alimentar e incentivar minha curiosidade: um dos bens mais preciosos que algu√©m pode ter! Obrigado! ūüôā

ScienceBlogs! Lá vamos nós!

Canal do SynbioBrasil no LiveStream!

J√° est√° feito o nosso canal para transmiss√£o ao vivo pela internet das reuni√Ķes do Clube de Biologia sint√©tica pelo LiveStream, um site muito legal de streamming ao vivo pela internet que qualquer um pode criar.

Agora com esse novo recurso é possível interagir ao vivo com a apresentação, além de ser possível conferir os vídeos da apresentação depois no próprio canal.

SynbioBrasil no LiveStream!

Confira nosso canal clicando na imagem acima ou na barra aqui à direita com os links do SynbioBrasil.

Veja os hor√°rios das reuni√Ķes na p√°gina do clube de biologia sint√©tica no cabe√ßalho do site para saber quando o canal estar√° online!

Esperamos sua participação por lá! Até!

Inside iGEM: Eventos Passados

iGEMA competi√ß√£o surgiu oficialmente em 2005, resultado do per√≠odo de atividades independentes (AIP) do MIT, em que a universidade, assim como muitas outras, abre as portas para cursos fora do per√≠odo letivo, na √©poca de f√©rias.¬† Respectivamente nos anos de 2003 e 2004, times de estudantes do pr√≥prio MIT desenvolveram osciladores biol√≥gicos com prote√≠nas-rep√≥rter fluorescentes (como vimos aqui no blog) e sistemas gen√©ticos para criar padr√Ķes celulares (Imagem abaixo) como os de “pontinhos” (chamados de polka dots) ¬†e de “alvo” (chamados de bull’s eye formation).

Polka Dots, Bull's Eye formations e o Coliroid Film

Ainda em 2004, junto com as atividades do AIP, foi criada a¬†“Summer Competition”, uma competi√ß√£o √† l√° iGEM mas com¬†apenas cinco universidades participantes, todas norte-americanas:Boston University, Caltech, o pr√≥prio MIT, Princeton University e a¬†University of Texas ¬†at Austin; foi a primeira verdadeira competi√ß√£o¬†de biologia sint√©tica.O grande destaque dessa competi√ß√£o pr√©-iGEM¬†foi a universidade do Texas, que segundo a p√°gina da¬†competi√ß√£o¬†criou o primeiro filme fotogr√°fico biol√≥gico do¬†mundo, o “Coliroid Film” (Imagem acima).

Esse evento acabou impulsionando Randy Rettberg, Tom Knight e Drew Endy a fundarem em 2005 o evento internacional que conhecemos hoje, com cerca de 13 times, com os mais variados projetos.

Destaques

Desde o per√≠odo de atividades independentes de 2004 at√© 2010, 434 times e projetos j√° participaram da competi√ß√£o, com id√©ias e solu√ß√Ķes¬† criativas e inovadoras para problemas da humanidade, o que torna dif√≠cil apresentar todos os destaques das competi√ß√Ķes al√©m dos finalistas e vencedores do Biobrick Trophy.

Logo no in√≠cio, em 2005, enquanto a¬†competi√ß√£o ainda estava engatinhando e os crit√©rios de julgamento ainda n√£o estavam bem consolidados, n√£o houve um BioBrick Trophy e houveram at√© algumas premia√ß√Ķes um tanto n√£o-convencionais em compara√ß√£o aos iGEM’s que se seguiram, como o “Best ‘Show Must Go On’ Moment” dado √† Princeton, o “George W.Bush Geography Award” (provavelmente uma brincadeira envolvendo as gafes geogr√°ficas do ex-presidente norte-americano) dado √† universidade de Zurique, e o “Best Project Name” dado¬† √† universidade de Toronto devido ao trocadilho com o nome do time e o projeto: “Cell-See-US”, que desenvolveu um tipo de term√īmetro com bact√©rias, fazendo uma analogia √† unidade Celsius de medida de temperatura.

Alguns destaques interessantes da competição desse ano foram:

  • Harvard: Criaram componentes que escrevem e apagam para um “caderno de desenho bacteriano”, utilizando luz e calor para respectivamente induzir a express√£o e degradar prote√≠nas rep√≥rter em uma placa.
  • UCSF (Universidade da Calif√≥rnia, S√£o Francisco): Desenvolveram term√īmetro biol√≥gico program√°vel, apesar de in√≠cio, segundo a wiki de 2006, ambicionarem apenas um detector biol√≥gico de temperatura. Ganhador do primeiro “Best Device Award” do iGEM.
  • Penn State: Construiram um mecanismo gen√©tico de controle quimiot√°xico usando BioBricks. Ganhador do “Best Brick Award”.
À partir de 2006 a competição passou a contar com o Bibrick Trophy, e com grande parte das regras de hoje. Um overview desde esse ano até hoje conta com os seguintes times que despontaram com os melhores projetos em cada ano:
(Clique no logo das universidade para ir para a wiki de cada projeto)
Terceiro Lugar Segundo Lugar Vencedor
2010
2009
2008
2007
2006

Durante a avaliação dos projetos são escolhidos 5 finalistas, dentre eles figuram com frequência a Imperial College of London e UC Berkeley, além das famosas como Cambridge e Harvard. Fama também o que a Universidade da Eslovênia Рdo modesto país europeu Рtem ganhado com essa competição: três vezes campeã e uma vez entre os 5 finalistas em 2007; contrariando a expectativa de reproduzir o ranking das melhores universidades do mundo, o que é confirmado pela forte presença das universidades asiáticas como a de Peking e a USTC.

√Č nesse ambiente plural e rico cientificamente (e porque n√£o culturalmente?) em que florescem os projetos em biologia sint√©tica mais impressionantes e competitivos todos os anos, mas muita coisa mudou desde 2006, e √© sobre isso que vamos falar no pr√≥ximo post da s√©rie Inside iGEM: O Futuro e Hoje.

Por falar em futuro, e o pa√≠s do futuro? Onde entra nessa hist√≥ria!? N√≥s aqui da uspl√Ęndia n√£o somos os primeiros a pensar no iGEM. Veremos tamb√©m a participa√ß√£o tupiniquim representada pela Unicamp em 2009 e agora em 2011. Ent√£o, at√© o pr√≥ximo post!

Bact√©ria com subst√Ęncia qu√≠mica t√≥xica incorporada ao DNA

Uma equipe internacional de pesquisadores alcan√ßou sucesso em obter uma bact√©ria que possui o DNA no qual a base timina foi substitu√≠da por 5-Chlorouracil, uma subst√Ęncia sint√©tica t√≥xica para outros organismos.

O trabalho experimental foi baseado numa tecnologia √ļnica desenvolvida por Marli√®re e Mutzel, possibilitando a evolu√ß√£o dirigida de organismos sob condi√ß√Ķes estritamente¬† controladas. Popula√ß√Ķes de bact√©rias foram cultivadas por per√≠odos prolongados na presen√ßa de uma subst√Ęncia qu√≠mica t√≥xica ‚Äď no caso, a 5-Chlorouracil ‚Äď a n√≠veis que n√£o provocam a morte, dessa forma selecionando as c√©lulas tolerantes a altas concentra√ß√Ķes dessa subst√Ęncia.

Em resposta ao surgimento dessas mutantes na popula√ß√£o, a concentra√ß√£o do 5-Chlorouracil no meio de cultura¬†foi aumentada para manter a press√£o seletiva constante. Esse procedimento de evolu√ß√£o a longo prazo foi aplicado para adaptar E. coli geneticamente modificadas incapazes de sintetizar timina para crescerem num meio com concentra√ß√Ķes crescentes de 5-Chlorouracil. Ap√≥s 1000 gera√ß√Ķes aproximadamente, descendentes da linhagem inicial foram analisados, sendo que estes utilizaram o¬†5-Chlorouracil como substituto da timina. An√°lises subseq√ľentes do genoma revelaram numerosas muta√ß√Ķes no DNA das bact√©rias adaptadas. A contribui√ß√£o dessas muta√ß√Ķes para a adapta√ß√£o das c√©lulas ser√° objeto de estudos posteriores.

Al√©m do interesse √≥bvio dessa mudan√ßa radical na qu√≠mica de sistemas vivos para a pesquisa b√°sica, os cientistas tamb√©m consideram os resultados de seu trabalho relevantes para xenobiologia, um ramo da biologia sint√©tica. Essa nova √°rea das ci√™ncias da vida tem como objetivo a gera√ß√£o de novos organismos n√£o encontrados naturalmente, com caracter√≠sticas metab√≥licas otimizadas para, por exemplo, a produ√ß√£o de modos alternativos de energia e s√≠ntese de produtos qu√≠micos de alto valor. Assim como os transg√™nicos ou organismos geneticamente modificados, essas bact√©rias sint√©ticas s√£o vistas como potencial amea√ßa para ecossistemas naturais quando liberadas do laborat√≥rio, seja pela competi√ß√£o com organismos selvagens ou atrav√©s da difus√£o do ‚ÄúDNA sint√©tico‚ÄĚ.

√Č √≥bvio que mesmo tentando conter, n√£o √© poss√≠vel evitar absolutamente que seres vivos geneticamente modificados entrem em contato com h√°bitats naturais, assim como os is√≥topos radioativos que escapam para as redondezas de uma regi√£o de usina nuclear. Entretanto, organismos sint√©ticos assim como os do presente trabalho – que dependem da disponibilidade de determinadas subst√Ęncias para sua prolifera√ß√£o ou que incorporam compostos qu√≠micos n√£o naturais em seu DNA – n√£o tem condi√ß√Ķes de competir com animais selvagens nem trocar DNA com eles.

Referências

Marlière, P., Patrouix, J., Döring, V., Herdewijn, P., Tricot, S., Cruveiller, S., Bouzon, M. and Mutzel, R. (2011), Chemical Evolution of a Bacterium’s Genome. Angewandte Chemie International Edition, 50:
n/a. doi: 10.1002/anie.201100535

Thymine Replacement Directs Bacterium DNA Evolution

An international team of researchers has now succeeded in generating a bacterium possessing a DNA in which thymine is replaced by the synthetic building block 5-Chlorouracil, a substance toxic for other organisms.

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SB 5.0 РEncontro Internacional de Biologia Sintética e um breve histórico

Em julho do ano passado, cientistas do J. Craig Venter Institute¬†‚Äúcriaram‚ÄĚ a primeira c√©lula bacteriana sint√©tica e auto-replicante, controlada por um genoma quimicamente sintetizado e o an√ļncio foi feito em maio (veja o v√≠deo abaixo). A equipe sintetizou um cromossomo de 1,08 milh√Ķes de pares de bases a partir de um genoma modificado de Mycoplasma mycoides. A c√©lula sint√©tica recebeu o nome de Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 e √© a prova de que genomas podem ser¬†desenhados¬†(no sentido de designed)¬†em computadores, depois sintetizados quimicamente em um laborat√≥rio e inseridos em uma c√©lula, de forma a produzir uma nova c√©lula auto-replicante controlada apenas por um genoma sint√©tico.

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A not√≠cia se espalhou pelo mundo em pouco tempo, ganhando fama, criando pol√™mica e dividindo opini√Ķes a respeito dos riscos e benef√≠cios potenciais de sua descoberta. Em resposta, o Presidente Barack Obama pediu para a “Presidential Commission for the Study of Bioethical Issuesavaliar o desenvolvimento e a √©tica da biologia sint√©tica e tecnologias emergentes, de forma a maximizar os benef√≠cios e minimizar os riscos. A Comiss√£o contou com o engajamento de cientistas, engenheiros, profissionais ligados √† √©tica, ci√™ncias sociais.

Agora em junho, cerca de 700 pessoas de 30 países participaram do 5ª Encontro Internacional de Biologia Sintética na Universidade de Stanford, que pelo que me parece é o mais importante nessa área. Havia cientistas superstars, estudantes, biólogos DIY, engenheiros, biólogos tradicionais, entre outros. O pessoal que segue nosso twitter ou a página do facebook ficou sabendo que a conferência foi transmitida ao vivo pela internet e viu como esse pessoal está batalhando para dar os próximos passos na synbio.

A cria√ß√£o da c√©lula sint√©tica abre portas para um futuro no qual bi√≥logos sint√©ticos poder√£o ‚Äúredesenhar‚ÄĚ (redesign) c√©lulas vivas para realizarem quaisquer tarefas desejadas. A maior parte das pesquisas atuais tem focado em bact√©rias que executam atividades semelhantes √†quelas que elas j√° fazem, por meio de processos e materiais que se parecem com aqueles utilizados naturalmente. Exemplos s√£o bact√©rias produtoras de combust√≠veis.

Os cientistas t√™m as ferramentas necess√°rias para editar uma sequ√™ncia gen√©tica existente em um computador, usar m√°quinas sintetizadoras de DNA para fabricar os fragmentos e uni-los em laborat√≥rio (Esse √© s√≥¬†um de v√°rios caminhos que bi√≥logos sint√©ticos est√£o tomando.) Mas ainda √© dif√≠cil predizer o que as c√©lulas far√£o depois de serem alteradas. Pesquisadores enfrentam desafios porque as c√©lulas tem um ‚Äúdesejo natural‚ÄĚ de crescerem e viverem √† sua maneira, mas elas precisam aprender a produzir algo √ļtil de uma forma eficiente.

Um dos maiores obstáculos reside na criação e montagem dos fragmentos de DNA que codificam para uma função particular e são sintetizados no laboratório. Fabricar esse DNA ainda é caro e requer tempo, e qualquer outra mudança que seja necessária demanda ainda mais tempo e dinheiro.

‚ÄúAlgumas sequ√™ncias s√£o sintetizadas em dois meses”, enquanto outras podem nem mesmo serem feitas, por raz√Ķes ainda n√£o entendidas, disse Reshma Shetty, co-fundadora do Ginkgo Bioworks, uma companhia que monta partes de DNA.

Pamela Silver, uma professora de biologia de sistemas da Universidade de Harvard, acredita que os biólogos do futuro poderão sentar na frente de um computador, planejar um experimento, e ter o DNA no dia seguinte. Para que a biologia sintética cumpra sua promessa, a síntese de DNA deve ser barata, rápida, previsível e acurada, além de ser disponível a todos, incluindo pesquisadores cujos laboratórios não tem equipamentos ou recursos apropriados. Felizmente, o custo da síntese de DNA, assim como o do sequenciamento de DNA, vem caindo rapidamente.

Retirado e adaptado de: What’s the Future of Synthetic Biology? por Katherine Bourzac

Para Saber Mais:

The Promise of Syn Bio (version 5.0)

First Self-Replicating, Synthetic Bacterial Cell Constructed by J. Craig Venter Institute Researchers 

Immaculate creation: birth of the first synthetic cell

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