Mais de 200 cientistas criaram cinco cromossomas sintéticos do fermento do padeiro

Resultados do projecto de investigação em levedura são a capa da revista “Science” e podem representar o início de uma nova era da terapia genética.

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Ilustração da molécula de ADN DR

Não um (isso já aconteceu em 2014) nem dois ou três, mas cinco cromossomas sintéticos foram produzidos em laboratório por uma equipa internacional de cientistas. Os resultados do projecto (um pacote de sete artigos) que usa o fermento de padeiro (a levedura Saccharomyces cerevisiae) são esta sexta-feira o tema de capa da revista Science e representam um importante avanço no campo da biologia sintética, que procura criar organismos artificiais completos que podem ser úteis para novos fármacos, vacinas, biocombustíveis ou outro tipo de moléculas. Um pouco mais longe do que isso está a possível aplicação desta tecnologia em terapia genética.

Os investigadores já conseguiram construir artificialmente mais de um terço do genoma completo da levedura, introduzindo este material sintético nas suas células naturais. No total, têm já seis dos 16 cromossomas do fermento do padeiro. Mas, antes de mais, porquê a levedura? “É um microrganismo fácil de manipular geneticamente e que, em comparação com outros microrganismos, é muito mais parecido com as células humanas, por exemplo, na forma como o seu genoma está ligado”, explica Jef Boeke, o geneticista do Centro Médico Langone da Universidade de Nova Iorque, que coordena este projecto de investigação. A levedura é, por estas razões e outras, um dos microrganismos mais usados pelos cientistas para estudar e testar o funcionamento das células eucariotas, com um núcleo que guarda toda a informação do ADN e que existem em todos os animais e plantas na Terra.

Com seis cromossomas artificiais construídos, o projecto liderado por Jef Boeke está mais perto do seu objectivo final: criar um exemplar vivo e sintético do microrganismo unicelular que é esta levedura, com 16 cromossomas. O seu genoma completo já está concebido e, no prazo de um ou dois anos, este trabalho deverá ficar concluído com a construção dos restantes cromossomas e a integração deste material artificial numa célula viva e natural do fermento. Aliás, segundo o artigo que descreve o plano de construção do genoma completo do fermento, no acto final deste ambicioso projecto deverá passar pela introdução de um 17.º cromossoma que também será feito de raiz e que levará para a célula o "equipamento" necessário para a produção de importantes proteínas. 

“O passo que agora demos é semelhante ao que foi dado há 20 anos com a sequenciação do genoma da levedura e que permitiu, pela primeira vez, lermos a informação que está dentro de uma célula”, considera Joel S. Bader, da Universidade Johns Hopkins (EUA) e outro dos principais responsáveis do projecto.

Em 2014, a equipa internacional que está envolvida na construção do genoma artificial da levedura chamado Sc2.0, anunciou (também na revista Science) a construção de raiz do cromossoma 3 da levedura. Nascia o synIII. Antes disso, outros grupos de investigadores – como o liderado pelo conhecido bioquímico e empresário norte-americano Craig Venter – já tinham anunciado a criação de formas de vida artificial mas não passavam de bactérias ou vírus, organismo procariotas muito mais simples.

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Levedura Saccharomyces cerevisiae INRA e JM Salmon

Agora, os investigadores têm mais de uma mão cheia de cromossomas sintéticos de células eucariotas: o synII, synV, synVI, synX e synXII. No total, a equipa publica esta sexta-feira sete artigos com mais de 200 autores. Um artigo para cada um dos cromossomas construído no laboratório e ainda um que se dedica especialmente aos procedimentos e objectivos para criar o organismo artificial completo e outro que mostra a estrutura tridimensional destes cromossomas sintéticos.

A levedura é usada na cerveja, nos biocombustíveis ou na medicina, entre outras aplicações, mas esta equipa acredita que, uma vez equipado com cromossomas sintéticos, este organismo unicelular será capaz de produzir melhores versões de importantes produtos, como novos antibióticos e biocombustíveis mais amigos do ambiente.

Jef Boeke considera ainda que “esta tecnologia pode servir para iniciar uma nova era da terapia genética”. Em vez de trabalharmos apenas com um só gene, “podemos começar a pensar em trabalhar com redes de genes”, refere num vídeo que acompanha os artigos. Porém, também é preciso ter em conta que há um “salto” entre os 16 cromossomas do fermento, correspondentes a cerca de seis mil genes, e os 46 cromossomas (cerca de 20 mil genes) dos humanos. Ou, mais complexo ainda, entre os milhares de “pares de bases” (pares de letras do ADN) que existem nos genes do fermento e os milhões que existem no ser humano.

Durante a construção dos cromossomas sintéticos da levedura – que uniu especialistas de áreas da biologia, ciência de computadores e engenharia e que exigiu o desenvolvimento de um novo software específico para a tarefa –, os cientistas fizeram algumas alterações. As mudanças foram desde o apagar de regiões do ADN situadas entre os genes que eram repetidas ou menos usadas até alterações mais profundas como a transferência de porções do ADN de um cromossoma para outro.

“Surpreendentemente, percebemos que estas mudanças – e algumas envolvem a deslocação de grandes faixas de ADN entre cromossomas – têm um enorme impacto na estrutura tridimensional dos cromossomas, dentro do núcleo da célula, mas, apesar disso, estas células continuam a crescer normalmente”, refere Jef Boeke. Esta plasticidade das células, que mostra que podem ser feitas alterações sem grandes “penalizações”, seduz o geneticista. “Isto significa que podemos ser ainda mais audaciosos nos passos futuros e podemos tentar fazer mudanças mais drásticas. Explorar os limites do que podemos fazer com o genoma.”