“O que é Biologia Sintética?”: Reloaded
Como já foi postado aqui, “o que é biologia sintética?” é uma pergunta pouco difícil de definir. Synbio é uma área de intersecção entre Biologia de Sistemas, Engenharia Genética, Biofísica, Biocomputação, Engenharia Metabólica, Biologia Molecular e áreas relacionadas afins. Portanto, não é nada fácil dizer que “aquilo” ou “isto” é biologia sintética porque apontar para algo em Synbio é também apontar para outras áreas mais veteranas no mundo da ciência.
Mas então que diabos é isso tudo!? Uma grande “mistureba generalizada de todas as coisas”? Sim, mas não só isso.
Antes de falar do grande aspecto original que a Biologia Sintética tem – que é o detalhe “revolucionário” da coisa toda – deve-se fazer reconhecer algo que ela faz bem melhor do que a engenharia genética: o Design. O conceito de Design na engenharia de um novo sistema sintético é bem amplo, indo desde um design de proteínas (como proteínas quimera, como light switches), passando pelo próprio design do código genético (similar à escrita de um código de programação de computador mesmo), até ao design de todo o sistema biológico baseado na construção gênica feita (um exemplo bem visível disso é do projeto do iGEM com objetivos de criar uma bactéria resolvedora de Sudoku).
A reinvenção das capacidades do design de um sistema biológico foram possíveis não somente devido à novas tecnologias, mas sobretudo devido a uma nova abordagem com a cara dos nossos tempos super-informacionais: construção (biológicas, claro) automatizada e padronização das construções (os biobricks, por exemplo). Isso facilita enormemente o desenvolvimento de diversos dispositivos sintéticos e designs. Além disso, outra fundamentação da biologia sintética seria a abstração, a capacidade de abstrair problemas biológicos em uma visão mais simples, com base em toda a teoria já existente em outras áreas, como computação e a engenharia elétrica (não é à toa que Tom Knight e Randy Rettberg, dois engenheiros elétricos, fizeram parte da criação do iGEM).
Fica muito mais fácil entender tudo isso nas palavras do próprio Drew Andy – um dos pesquisadores que ajudou a fazer o parto da Biologia Sintética – nesse vídeo bem informal filmado em sua própria sala no MIT. Vale a pena conferir! 🙂
(OBS: é bem informal mesmo!)
Produção de biodiesel por bactérias
Imagine uma plantação enorme de soja no interior do Mato Grosso e uma instalação para a extração do óleo de soja, que é composto por vários ácidos graxos. Agora imagine no interior de São Paulo, uma grande usina de etanol cercada por dezenas de quilômetros por cana-de-açúcar. Imagine o etanol e óleo de soja sendo transportados até uma usina de biodiesel para, utilizando um catalisador (normalmente hidróxido de sódio), serem esterificados em um éster (biodiesel) e em glicerina. Muito trabalho e muito recurso para produzir um biocombustível não acham?
Recentemente, um trabalho muito interessante foi publicado pelo Jbei Instute demonstrando a possibilidade de se utilizar uma bactéria para produzir biodiesel em apenas uma etapa, e ainda por cima, utilizando resíduos agroindustriais, como por exemplo, o bagaço de cana-de-açúcar. Essa bactéria modificada geneticamente é capaz de produzir ácidos graxos e etanol e enzimaticamente realizar a esterificação desses produtos em biodiesel. Bacana não é? Os detalhes da pesquisa serão descritos a seguir.
Ácidos graxos têm sido utilizados há séculos para a produção de combustíveis e produtos químicos, incluindo o biodiesel, surfactantes, solventes e lubrificantes. Porém a demanda crescente e a produção limitada de óleos vegetais têm causado questionamentos sobre o aumento dos preços dos alimentos, sobre a prática de utilização dos solos e os aspectos socioambientais relacionados com a sua produção. Uma alternativa é a produção desses derivados de ácidos graxos via conversão biológica utilizando microrganismos como levedura e bactérias. Dentro desses produtos, os etil-ésteres de ácidos graxos (o famoso biodiesel) têm despertado muito interesse. Só para ilustrar, a demanda mundial de diesel vem crescendo três vezes mais que a de gasolina.
Ácidos graxos são produzidos naturalmente por microrganismos, eles compõem, entre outras coisas, a membrana celular. Porém, Jay Keasling e seu grupo construíram uma E. coli geneticamente modificada capaz de produzir ácidos graxos livres (através da expressão de uma tioesterase citoplasmática e da deleção de genes responsáveis pela degradação de ácidos graxos) e etanol (expressando os genes de Zymomonas mobilis). Além disso, foi clonada uma enzima (Acr1) capaz de realizar a transesterificação em bioedisel, sendo que que a glicerina produzida é reabsorvida pela bactéria para a produção de mais biodiesel.
O tamanho e a saturação do ácido graxo influenciam diretamente nas propriedades químicas do biodiesel, como temperatura de fusão. Alguns trabalhos têm demonstrado que,
através da expressão de tioesterases de plantas, é possível produzir ácidos graxos sob medida para diferentes aplicações. Essa ferramenta genética possibilita a produção de biodiesel com composições definidas, dessa maneira, com performance e características desenvolvidas sob medida.
Por fim, essas bactérias foram modificadas para utilizar matérias-primas de baixo custo, como a hemicelulose presente no bagaço de cana-de-açúcar. É uma pesquisa pioneira que mostra bem o tipo de engenharia sistêmica de metabolismo microbiano que vem sido feita. Através de várias modificações genéticas foi possível aumentar a produção de 40 mg/l para quase 700 mg/l de biodiesel. Resultado este ainda baixo para se cogitar uma aplicação a curto-prazo, mas, sem sombra de dúvida, as perspectivas são muito animadoras.
Steen EJ, Kang Y, Bokinsky G, Hu Z, Schirmer A, McClure A, Del Cardayre SB, & Keasling JD (2010). Microbial production of fatty-acid-derived fuels and chemicals from plant biomass. Nature, 463 (7280), 559-62 PMID: 20111002