Cientistas descobrem novas ferramentas para reescrever o código da vida

O poder de editar genes √©¬†revolucion√°rio, √ļtil e com potenciais ilimitados. Por√©m,¬†a maior parte das ferramentas de edi√ß√£o de DNA s√£o lentas, caras e dif√≠ceis de usar ‚Äď √© uma brilhante tecnologia na sua inf√Ęncia. Agora, pesquisadores de Harvard desenvolveram uma t√©cnica que pode editar genomas de uma forma r√°pida e f√°cil, reescrevendo o genoma de c√©lulas vivas. A t√©cnica funciona como um processador de textos, que tem as fun√ß√Ķes de localizar e substituir. Ele reconhece uma seq√ľ√™ncia espec√≠fica no DNA e a substitui por outra.

‚ÄúPela primeira vez, estamos demonstrando que √© poss√≠vel fazer mudan√ßas gen√īmicas no n√≠vel do c√≥don‚ÄĚ, disse Farren Isaacs, um bioengenheiro da Universidade de Yale em New Haven, Connecticut. ‚ÄúN√≥s seremos capazes de introduzir novas funcionalidades em organismos”.

A t√©cnica, publicada na revista Science, explora a redund√Ęncia do c√≥digo gen√©tico. Os amino√°cidos, que comp√Ķem as prote√≠nas, s√£o codificados por combina√ß√Ķes de tr√™s letras de DNA chamadas c√≥dons. M√ļltiplos c√≥dons √†s vezes codificam o mesmo amino√°cido, por isso se diz que o c√≥digo gen√©tico √© degenerado ou redundante.

Isaacs e seus colegas escolheram um códon de parada, TAG, que, junto com o TAA e TGA, sinalizam o fim de uma cadeia de aminoácidos e a liberação da proteína formada. Como esses três códons apresentam a mesma função, os pesquisadores decidiram apagar todos os TAGs do
genoma de uma Escherichia coli e substitu√≠-los por TAAs, utilizando uma plataforma chamada “multiplex automated genome engineering, ou MAGE”. Isso deixa o TAG livre para codificar um novo amino√°cido.

Foram sintetizadas 314 fitas de DNA id√™nticas ao genoma da E. coli exceto que todos os TAGs, nas 314 fitas ao todo, estavam substitu√≠dos por TAAs. Em outras palavras,¬†cada uma das 314 fitas n√£o tinha todos os TAGs substitu√≠dos por TAAs, mas as 314 fitas juntas sim! Eles ent√£o aplicaram corrente el√©trica para permitir a entrada do novo DNA nas c√©lulas. Muitas repeti√ß√Ķes desta t√©cnica¬†resultaram na¬†obten√ß√£o de 31 linhagens da bact√©ria¬†com 10 dos genes modificados e¬†uma com 4. A equipe bolou um esquema para canalizar todas as 314 muta√ß√Ķes para uma c√©lula. Os pesquisadores fizeram uso da habilidade que as bact√©rias t√™m de transferir genes para outras bact√©rias, a conjuga√ß√£o: as 32 linhagens foram pareadas, sendo que uma linhagem doou seus genes mutados para a outra. As 16 linhagens resultantes foram pareadas para formar 8, e novamente para formar 4, condensando as muta√ß√Ķes ao longo desse processo. O processo foi batizado ‚Äúconjugative assembly genome engineering (CAGE)‚ÄĚ.

Ansiosos para compartilhar sua tecnologia, eles publicaram seus resultados assim que o CAGE atingiu a rodada semifinal. Os resultados sugerem que as quatro linhagens finais são saudáveis, mesmo com a quantidade de mudanças a que as células foram submetidas.

Ap√≥s mais duas rodadas de CAGE, segundo Isaacs, uma √ļnica linhagem da bact√©ria conter√° todas as 314 muta√ß√Ķes e ser√° livre de TAG, que ficar√° dispon√≠vel para codificar um amino√°cido artificial. Isso desafia as pessoas a imaginarem o genoma como algo muito male√°vel e edit√°vel. Alguns laborat√≥rios j√° criaram esses amino√°cidos, assim como a maquinaria necess√°ria para incorpor√°-los em prote√≠nas. ‚ÄúO grande avan√ßo aqui √© que n√≥s teremos um hospedeiro que permitir√° a incorpora√ß√£o de amino√°cidos artificiais a taxas muito superiores‚ÄĚ, disse Isaacs.

Estes organismos engenheirados seriam geneticamente isolados de outros organismos. A nova informa√ß√£o gen√©tica n√£o seria capaz de contaminar organismos naturais¬†porque, fora do laborat√≥rio, os¬†amino√°cidos naturais no lugar dos artificiais criariam prote√≠nas n√£o funcionais. Al√©m disso, esses organismos seriam imunes a v√≠rus que se baseiam na tradu√ß√£o prot√©ica tradicional ‚Äď importante para manter linhagens saud√°veis e √ļteis industrialmente. A import√Ęncia da imunidade viral reside no fato de que ind√ļstrias nas quais s√£o cultivadas bact√©rias, como as farmac√™uticas e energ√©ticas, esses v√≠rus podem afetar at√© 20% das culturas. Um exemplo not√°vel acometeu a Genzyme, cujas perdas devido a contamina√ß√Ķes virais podem ter variado de milh√Ķes de d√≥lares a at√©¬†$1 bilh√£o.

“Essa t√©cnica √© mais barata que tentar elaborar genomas a partir do zero. Ao modificar genomas existentes, a maior parte do trabalho j√° est√° feita”, disse o co-autor George Church, um geneticista da Harvard Medical School em Boston, Massachusetts.

Cientistas do J. Craig Venter Institute (JCVI), que no ano passado ‚Äúcriaram‚ÄĚ a primeira bact√©ria controlada por um genoma sint√©tico, dizem que o m√©todo traz coisas importantes para esse campo de estudo, mas s√≥ funciona na pr√°tica se o genoma desejado √© similar a um organismo existente. ‚ÄúUltimamente, no JCVI n√≥s estamos tentando fazer c√©lulas a partir do zero, e apenas uma s√≠ntese gen√īmica de novo tornaria isso poss√≠vel‚ÄĚ, disse um porta-voz do Instituto via email.

As duas t√©cnicas provavelmente ser√£o usadas em conjunto, disse Isaacs. ‚ÄúN√£o surpreenderia se essas tecnologias se unissem e n√≥s come√ß√°ssemos a ver t√©cnicas h√≠bridas inclusive mais poderosas do que as que vemos hoje‚ÄĚ.

Referências:

Precise Manipulation of Chromosomes in Vivo Enables Genome-Wide Codon Replacement  Isaacs, et al. Science 15 July 2011: 333 (6040), 348-353. [DOI:10.1126/science.1205822]

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-07/hms-etg071111.php

http://www.nature.com/news/2011/110714/full/news.2011.419.html

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