Biologia sintética e a computação

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Ontem¬†tivemos nossa primeira reuni√£o do Clube Cient√≠fico de¬†Biologia¬†Sint√©tica¬†para¬†discutir o artigo “Synthetic biology: new engineering¬†rules for an emerging disciplines.”¬†¬†A imagem abaixo resume¬†bastante a¬†abordagem dos autores do Departamento de Engenharia El√©trica Princeton para conduzir a revis√£o sobre o assunto.

Os autores tra√ßam um paralelo entre a biologia e os computadores, no qual, n√£o apenas se procura explicar a biologia celular utilizando a computa√ß√£o como analogia, mas tamb√©m, mostra que j√° foram desenvolvidos componentes biol√≥gicos que funcionam como componentes de computadores. S√£o dados exemplos de v√°rias constru√ß√Ķes biol√≥gicas sint√©ticas que¬†funcionam como componentes¬†el√©tricos, como¬†inversores (inverters devices), flip-flops (toggle-swicthes), osciladores (oscilators), amplificadores de¬†sinais (transcriptonal cascades modules) e¬†desviadores de sinais (diverter scaffolds). Restando assim,¬†poucos m√≥dulos para se construir um microcomputador celular sint√©tico.

Os autores comentam como estes¬†m√≥dulos sint√©ticos¬†e¬†a condi√ß√£o end√≥gena celular influenciam o comportamento um do outro,¬† sendo que qualquer flutua√ß√£o nos processos da c√©lula hospedeira podem influenciar o m√≥dulo e sua reposta (output). Dessa maneira, torna-se necess√°rio¬†combinar t√©cnicas de estima√ß√£o de par√Ęmetros¬†e t√©cnicas de an√°lises de fluxos metab√≥licos para entender o contexto celular e os impactos desses m√≥dulos na c√©lula.¬†Para explicar isto de uma maneira¬†resumida, a conectividade dos m√≥dulos entre si e com a c√©lula n√£o √© suficiente para definir a din√Ęmica de uma rede, √© preciso tamb√©m incluir par√Ęmetros cin√©ticos e regulat√≥rios (velocidade das rea√ß√Ķes, feedbacks, efeito de reguladores…) que podem variar sua atividade de acordo com as mudan√ßas realizadas no sistema original. Estes c√°lculos, por√©m,¬†s√£o muitos complicados e demandam uma mat√©matica muito avan√ßada. O que demonstra, mais uma vez, a necessidade de equipes multidisciplinares para a forma√ß√£o de grupos de pesquisa em synbio.

O artigo¬†mostra tamb√©m que c√©lulas sint√©ticas est√£o se tornando cada vez mais f√°ceis de construir. N√£o s√≥ pela nossa capacidade de manipular os componentes celular, mas pelo aumento da nossa capacidade de sintetizar DNA. Existem por√©m, desafios e limita√ß√Ķes nos tipos de atividades complexas que uma c√©lula independente consegue realizar de uma forma confi√°vel. Assim, uma nova fronteira para a synbio √© distribuir redes e m√≥dulos sint√©ticos entre m√ļltiplas c√©lulas, formando sistemas de comunica√ß√Ķes c√©lula-c√©lula, visando aumentar a possibilidade de desenhos e superar a confian√ßa limitada de c√©lulas sint√©ticas individuais. Para isso, j√° est√£o se desenvolvendo m√≥dulos de quorum sensing (mecanismos de comunica√ß√£o celular)¬†sint√©ticos que possibilitam a coordena√ß√£o do comportamento de comunidades microbianas. Verifica-se, portanto,¬†que muitos avan√ßos t√™m sido realizados para aumentar a complexidade da arquitetura das redes sint√©ticas.

Este artigo √© particularmente interessante porque mostra a vis√£o de¬†engenheiros el√©tricos do que √© a biologia sint√©tica. √Č importante destacar que existem diferentes vis√Ķes e abordagens de pesquisa¬†a respeito do que¬†√© a biologia sint√©tica e como ela pode ser aplicada, dependendo¬†da especialidade e background do grupo¬†de pesquisa.

Nas pr√≥ximas reuni√Ķes pretendemos abordar t√≥picos mais espec√≠ficos da¬†biologia sint√©tica, como a constru√ß√£o de um oscilador¬†sint√©tico, e mostrar diferentes vis√Ķes da biologia sint√©tica.

Até lá!

Andrianantoandro, E., Basu, S., Karig, D., & Weiss, R. (2006). Synthetic biology: new engineering rules for an emerging discipline Molecular Systems Biology, 2 DOI: 10.1038/msb4100073