Ciência é INVESTIMENTO! Vamos transformar o Brasil em uma Nação rica e forte!

PRODUZINDO CÉLULAS ARTIFICIAIS DE ANIMAIS! Uma Ciência Básica Criando Novos Mercados Multimilionários

PRODUZINDO CÉLULAS ARTIFICIAIS DE ANIMAIS! Uma Ciência Básica Criando Novos Mercados Multimilionários

Edição Vol. 4, N. 4, 09 de Janeiro de 2017

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2017.01.09.003

Imagine só criar uma célula viva! Isso mesmo, a unidade que compõe os seres vivos de maneira totalmente artificial, utilizando lipossomas e genes. Mas para isso, você terá que mimetizar como as células naturais são, um sistema de membranas que delimitam espaços com funções específicas! Quer saber como e ficar milionário? Siga-nos os bons!

Uma célula é a unidade que compõe todos os seres vivos, excluindo vírus e príons. Toda célula é formada por um sistema membranar e cada membrana delimita um espaço que apresenta funções específicas. Assim, temos a célula, propriamente dita, que delimita várias organelas com funções específicas, cada uma dessas organelas sendo delimitadas por uma outra membrana, como os ribossomos, que sintetizam as proteínas; o núcleo, que contêm todo o genoma celular; as mitocôndrias, que produzem energia para manter as células e você vivo! (Figura 1)

A biologia sintética permite aos cientistas projetar circuitos genéticos que podem ser colocados em células, dando-lhes novas funções, como a produção de drogas ou outras moléculas úteis. Contudo, à medida que estes circuitos se tornam mais complexos, os componentes genéticos podem interferir uns com os outros, tornando difícil a obtenção de funções mais complicadas (veja mais em EXPLORANDO A PRIMEIRA CÉLULA ARTIFICIAL COM ORGANELAS FUNCIONAIS (1)).

screen-shot-2017-01-10-at-9-28-04-am

 

Figura 1: Engenheiros do MIT desenvolveram uma maneira de isolar circuitos genéticos dentro de “células” sintéticas individuais, impedindo que os circuitos se interrompam mutuamente.

Cientistas do MIT, liderados pelo Dr Edward Boyden, professor associado de engenharia biológica e ciências cognitivas e cerebrais no MIT, demonstraram que esses circuitos podem ser isolados dentro de “células” sintéticas individuais, impedindo-os de se interromperem mutuamente. Os pesquisadores também podem controlar a comunicação entre essas células, permitindo que os circuitos ou seus produtos sejam combinados em momentos específicos (2).

É uma maneira de se ter o poder de cascatas genéticas de multicomponente, juntamente com a capacidade de construir paredes entre elas para que não tenham contato entre si. Elas não interferem umas com as outras da maneira que fariam se fossem todas colocadas em uma única célula ou em um béquer (Figura 1). 

Essa abordagem poderia permitir aos pesquisadores projetar circuitos que fabricam produtos complexos ou atuarem como sensores que respondam a mudanças em seu ambiente, entre outras aplicações.

CONTROLE DE CIRCUITO

A equipe do MIT encapsulou seus circuitos genéticos em gotículas conhecidas como lipossomas, que têm uma membrana de ácidos graxos semelhante às membranas celulares. Estas células sintéticas não estão vivas, mas estão equipadas com a maior parte da maquinaria celular necessária para ler o DNA e fabricar proteínas.

Ao segregar os circuitos dentro de seus próprios lipossomas, os pesquisadores foram capazes de criar sub-rotinas de circuito separadas que não poderiam ser executadas no mesmo compartimento ao mesmo tempo, mas podem rodar em paralelo entre si, comunicando de forma controlada. Essa abordagem também permite que os cientistas reorientem as mesmas ferramentas genéticas, incluindo genes e fatores de transcrição (proteínas que ativam ou desativam genes), para realizar tarefas diferentes dentro de uma rede.

É como se você separasse circuitos em dois lipossomas diferentes, você poderia ter uma ferramenta fazendo um trabalho em um lipossoma, e a mesma ferramenta fazendo um trabalho diferente no outro lipossoma. Isso expande o número de coisas que você pode fazer com os mesmos blocos de construção.

Esta abordagem também permite a comunicação entre circuitos de diferentes tipos de organismos, tais como bactérias e mamíferos.

Como uma demonstração, os pesquisadores criaram um circuito que usa partes genéticas bacterianas para responder a uma molécula conhecida como teofilina, uma droga semelhante à cafeína. Quando esta molécula está presente, desencadeia outra molécula conhecida como doxiciclina para deixar o lipossoma e entrar em outro conjunto de lipossomas contendo um circuito genético de mamíferos. Naqueles lipossomas, a doxiciclina ativa uma cascata genética que produz luciferase, uma proteína que gera luz (2).

Usando uma versão modificada desta abordagem, os cientistas poderiam criar circuitos que trabalham em conjunto para produzir condições terapêuticas biológicas, como anticorpos, após a detecção de uma determinada molécula emitida por uma célula cerebral ou outra célula (2).

Se você imaginar que o circuito bacteriano codifica um programa de computador e o circuito de mamíferos está codificando a fábrica, você poderia combinar o código do computador do circuito bacteriano e a fábrica do circuito de mamíferos em um sistema híbrido único.

Os pesquisadores também projetaram lipossomas que podem se fundir uns com os outros de forma controlada. Para fazer isso, eles programaram as células com proteínas chamadas SNAREs, que se inserem na membrana celular. Lá, elas se ligam a correspondentes SNAREs encontrados em superfícies de outros lipossomas, fazendo com que as células sintéticas se fundam. A temporização desta fusão pode ser controlada para reunir os lipossomas que produzem moléculas diferentes. Quando as células se fundem, estas moléculas são combinadas para gerarem um produto final (2).

MAIS MODULARIDADE

Os pesquisadores acreditam que esta abordagem poderia ser usada para praticamente qualquer aplicação que os biólogos sintéticos já estejam trabalhando. Poderia também permitir que os cientistas encontrassem aplicações potencialmente úteis que foram testadas antes mas abandonadas já que os circuitos genéticos interferiam demasiadamente um com o outro.

A questão básica é: você pode tornar esses circuitos mais modulares? Se você tem tudo misturado na cela, mas descobre que os circuitos são incompatíveis ou tóxicos, então se colocasse paredes entre essas reações e dar-lhes a capacidade de se comunicarem umas com as outras isso poderia ser muito útil. Esse é um método bastante inovador para aprender como os sistemas biológicos funcionam. Uma ciência básica para se aplicar o conhecimento adquirido em anos de estudos para se gerar produtos comercializáveis, formando novos mercados. É hora de os órgãos de fomento públicos e os políticos visarem novas estratégias para aumentar o incentivo às ciências, tecnologias e inovações. Um passo para isso é eliminar diretorias convocados por serem partidários políticos, que nem sempre são qualificadas, como em Minas, e assumir pessoal técnico científica e técnica comprovadamente competentes.

Usando a expressão livre de células tem várias vantagens: Tecnicamente o trabalho é reduzido à clonagem (hoje em dia rápido e fácil), podemos ligar processamento de informação à função biológica como as células vivas fazem, e assim trabalhamos com o isolamento, sem que outro gene seja expresso ao fundo.

Outra aplicação possível para esta abordagem é ajudar aos cientistas a explorar como as primeiras células podem ter evoluído bilhões de anos atrás. Ao desenhar circuitos simples em lipossomas, os pesquisadores poderiam estudar como as células poderiam ter evoluído a capacidade de sentir o seu ambiente, responder a estímulos e reproduzir.

Este sistema pode ser usado para modelar o comportamento e as propriedades dos organismos mais antigos na Terra, bem como ajudar a estabelecer os limites físicos da vida do tipo que se encontra na Terra para a busca da vida em outras partes do universo.

Fonte: Anne Trafton, MIT Notícias

Referências

1.Tonelli FCP, Resende RR. EXPLORANDO A PRIMEIRA CÉLULA ARTIFICIAL COM ORGANELAS FUNCIONAIS. Nanocell News. 2014;1(7).

2.Katarzyna P. Adamala ea, “Engineering genetic circuit interactions within and between synthetic minimal cells,” Nature Chemistry (2016) doi:10.1038/nchem.2644.

Print Friendly

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado Campos obrigatórios são marcados *


*

Você pode usar estas tags e atributos de HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>