ORGANISMO SEMI-SINTÉTICO: CIENTISTAS CRIAM PRIMEIRO ORGANISMO VIVO QUE TRANSMITE LETRAS ACRESCENTADAS NO ‘ALFABETO’ DO DNA. (Comentado)

Cientistas do Scripps Research Institute (TSRI) projetaram uma bactéria cujo material genético inclui um par adicional de “letras” ou bases de DNA, não encontrados na natureza. As células de bactéria pode replicar as bases não naturais de DNA mais ou menos normalmente , enquanto os blocos de construção moleculares são fornecidos.

Representação do DNA.  Credit: © abhijith3747 / Fotolia

Representação do DNA.
Credit: © abhijith3747 / Fotolia

“A vida na Terra em toda sua diversidade é codificada por apenas dois pares de bases de DNA, AT e CG, e o que fizemos é um organismo que contém de forma estável esses dois e mais um terceiro par não natural de bases”, disse o Professor Adjunto TSRI Floyd E. Romesberg, que liderou a equipe de pesquisa. “Isso mostra que são possíveis outras soluções para armazenamento de informações e, é claro, nos leva mais perto de uma expansão na biologia e no DNA. Isso terá muitas aplicações interessantes, desde novos medicamentos até novos tipos de nanotecnologia”.

O relatório sobre as realizações foi publicado dia 7 de maio de 2014 em uma publicação on-line antes da revista Nature.

Muitos Desafios

Romesberg e seu laboratório tem trabalhado desde o final da década de 1990 para encontrar pares de moléculas que podem servir como novas bases de DNA funcionais e, que a princípio, possa codificar para proteínas e organismos que existiram nunca viu antes.

A tarefa não tem sido uma simples. Qualquer novo par de bases de DNA funcional tem de se ligar com uma afinidade comparável à dos pares de bases adenina-timina natural e citosina- guanina. Essas novas bases também tem que se alinhar ao lado das bases naturais de forma estável em um trecho como um zipper de DNA. Eles seriam obrigados a descompactar e re-zippar suavemente quando sujeitas a atuação de enzimas naturais, como a polimerase. durante a replicação do DNA e transcrição do RNA. E de alguma forma, esses nucleotídeos intrusos teriam que evitar ser atacados e removidos por mecanismos de reparo do DNA naturais.

Apesar dos desafios, até 2008 Romesberg e seus colegas tinham dado um grande passo em direção a esse objetivo; em um estudo publicado naquele ano, eles identificaram grupos de moléculas de nucleotídeos que podiam se ligar através de uma dupla fita de DNA quase tão confortavelmente como pares de bases naturais e mostrou que estes pares de bases não naturais contêm DNA que pode replicar na presença das enzimas certas. O estudo saiu no ano seguinte. Alguns pesquisadores foram capazes de encontrar as enzimas e transcrever este DNA semi-sintético em RNA.

Mas este trabalho foi realizado no meio de um tubo de ensaio simplificado. “Estes pares de bases não naturais têm trabalhado muito bem in vitro, mas o grande desafio tem sido trabalhar para obtê-los em um ambiente muito mais complexo de uma célula viva”, disse Denis A. Malyshev ,membro do laboratório Romesberg que foi o principal autor de o novo relatório.

Microalgas

No novo estudo, a equipe sintetizou um trecho circular de DNA conhecido como plasmídeo e inseriu em células da bactéria comum E. coli. O DNA do plasmídeo continha pares de bases naturais de AT e CG junto com o par de bases não-natural do laboratório Romesberg, duas moléculas conhecidas como d5SICS e DNAM. O objetivo era fazer com que as células de E. coli replicassem esse DNA semi-sintético o mais normalmente possível.

O maior obstáculo pode ser reconfortante para aqueles que temem a liberação descontrolada de uma nova forma de vida: os blocos de construção moleculares para d5SICS e DNAM não estão naturalmente nas células. Assim, para obter as E. coli replicando o DNA contendo estas bases não naturais, os pesquisadores tiveram que fornecer blocos de construção artificial, adicionando-as à solução fora da célula. Então, para obter os blocos de construção – conhecidos como trifosfatos de nucleotídeos – dentro das células eles tiveram que encontrar moléculas transportadoras especiais de trifosfato que iriam fazer o trabalho.

Eventualmente, alguns pesquisadores foram capazes de encontrar um transportador do trifosfato, feito por uma espécie de microalga, isso foi bom o suficiente para importar os trifosfatos não naturais.

Embora a conclusão do projeto tenha levado mais um ano, nenhum grande obstáculo surgiu novamente. A equipe descobriu, para sua surpresa, que o plasmídeo semi-sintético replicava com velocidade razoável e precisão, não prejudicou grandemente o crescimento das células de E. coli, e não mostrou nenhum sinal de perda de seus pares de bases não-naturais para os mecanismos de reparo do DNA.

“Quando paramos o fluxo dos blocos de construção trifosfato não naturais para dentro das células, a substituição de d5SICS – DNAM com pares de bases naturais foi muito bem correlacionada com a própria replicação celular – Não parecia haver outros fatores extirpando a base antinatural pares do DNA”, disse Malyshev. “Uma coisa importante de se notar é que estes dois avanços também fornecer controle sobre o sistema. Nossas novas bases só podem entrar na célula se ela se ligar a proteína dos transportadores de base”. Sem esse transportador ou sem essas novas bases não são forneceríamos a capacidade da célula de reverter A, T, G, C, e as d5SICS e DNAM desapareceria do genoma”.

O próximo passo será demonstrar a transcrição na célula do novo, expandiu-se para o alfabeto DNA para RNA que alimenta a máquina de síntese proteica das células. “Em princípio, poderíamos codificar novas proteínas, produzidas a partir de novos aminoácidos não-naturais – o que nos dão maior poder do que nunca para adequar as terapias protéicas e de diagnósticos e reagentes de laboratório para ter funções desejadas”, disse Romesberg. “Outras aplicações, tais como: nanomateriais  também são possíveis”.

Journal Reference:

Denis A. Malyshev, Kirandeep Dhami, Thomas Lavergne, Tingjian Chen, Nan Dai, Jeremy M. Foster, Ivan R. Corrêa, Floyd E. Romesberg. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabetNature, 2014; DOI:10.1038/nature13314

Fonte: Science Daily

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Comentários internos

Com o atual avanço da genética e da neurociência grande parte do que era visto somente como ficção cientifica á algumas décadas atrás esta se tornando realidade. Meu pai quando era jovem “rolava no chão de tanto rir” quando seus pais e avós diziam que no futuro iria existir uma “caixa de madeira” que reproduziria imagens de pessoas e o som delas em tempo real. Tempos depois criaram a televisão.

Grande parte do atual avanço da biologia esta focado na inteligência artificial e na engenharia genética. Na neurociência temos os avanços da inteligência artificial e criação de interface homem/maquina. O futurólogo Ray Kurzweil, que talvez não seja uma das melhores referências, argumentava que a rápida evolução nas ciências biológicas e informática em nosso século resultariam em uma “singularidade”, através do qual uma espécie pós-humana geneticamente modificada aprimorada neurologicamente surgiria incomparavelmente mais forte, mais inteligente com uma expectativa de vida mais longa do que hoje em dia tem a humanidade.

De fato, a ciência retratada esse panorama e os filmes estão cada vez mais realistas. Talvez a melhor demonstração disso sejam os filmes atuais de ficção científica como o atual Robocop que retrata o conflito bioético na interface homem/maquina e no melhoramento de determinadas funções cognitivas para o desempenho de atividades militares. O filme retrata como seria possível suprimir a consciência dos atos de pessoa/maquina mascarando-a com atividades programadas como se fossem conscientemente dirigidas.

Outro filme que retrata com bastante fidelidade, e é recheado de conteúdo que respaldaria uma discussão filosófica e ética é o filme “Trancendence” com Jonnhy Depp que nada mais é do que a singularidade de Ray Kurzweil onde um upload da consciência de Depp é feito em um PC. Posteriormente, ao ser ligado a internet otimiza sua capacidade de desenvolver novas tecnologias ao mundo. O conflito do filme se dá em saber se a consciência virtual de Depp no PC é realmente o estado de consciência legítimo da pessoa. Há ainda conflitos com grupos de ativistas militantes do estado natural de consciência, se tal tecnologia de consciência sintética é um sistema singular com livre arbítrio capaz de escravizar a humanidade ao invés de ajuda-la no desenvolvimento de tecnologias, bem como a abordagem ao que se entende por alma, o que é ser humano e o que é a consciência.

A princípio, esses comentários não têm absolutamente nada a ver com o tema abordado no texto acima. Mas há. Vivemos no milênio da genômica, da revitalização dos mamutes, da reintrodução dos Neandertais através de clones, de filhos geneticamente modificados fruto de três pais, e nesse momento passamos o limite do simples conhecer as propriedades intrínsecas da natureza, aspectos idiossincráticos de nossa própria natureza, e passamos a atuar como engenheiros da vida. Seja na neurociência, seja nos organismos geneticamente modificados e sintetizados.

Ainda que nossa produção científica nesse ramo seja embriônica passamos de meras criaturas para organismos criadores. A síntese de organismos com códigos genéticos artificialmente sintetizados não é novidade da biologia. Talvez a ideia de código genético com 6 letras seja algo inédito, mas a proposta de criar genomas inteiros sintéticos já é conhecida á algum tempo e também fez parte do elenco de criação de filmes de ficção cientifica, se tornando uma realidade, onde o homem é o protagonista da criação. Talvez o melhor exemplo que nos coloque como papel de deuses criadores seja visto no filme “Prometheus”.

Só para destacar como essa ideia não é nova, existe um projeto que levou sete anos para ser concluído que sintetizou um cromossomo inteiro de levedura. O projeto simplificou o cromossomo removendo genes não essenciais e substituindo-os com novo DNA capaz de produzir novas linhagens de leveduras. A equipe internacional usou um computador para redesenhar um dos cromossomos encontrados na levedura de cerveja, recriando a estrutura cromossômica peça por peça no laboratório. Embora os cientistas tenham um cromossomo previamente construído de bactérias e vírus, este trabalho foi o primeiro a criar um cromossomo inteiro para um organismo mais complexo, com um núcleo bem definido.

Patrick Yizhi Cai, um membro da equipe da Universidade de Edimburgo mostrou que é possível desenhar racionalmente a escala cromossômica, e que provavelmente daqui a dez anos nós vamos ser capazes de sintetizar genomas inteiros em um único dia. Existem conflitos bioéticos nesse sentido, especialmente se (ou quando) isso beirar a eugenia.

Esses cromossomos sintéticos que já são realidade científica hoje, se comportam de forma quase idêntica a células de levedura selvagem, só que possuem novas capacidades inéditas, exclusivas, podendo fazer coisas que a levedura selvagem não podem. A ciência promete em um futuro próximo construir genomas muito mais elegantes para os organismos e que seriam úteis para a produção de biocombustíveis e outras aplicações industriais.

Outro exemplo, é com o verme Caenorhabditis elegans, que é bastante simples, contem cerca de mil células em seus corpos transparentes. Os geneticistas conseguiram modificar seu código genético, que foi estendido para criar moléculas biológicas não conhecidas no mundo natural. Os genes são parte do DNA que permitem que os organismos vivos construam suas “máquinas” biológicas, as proteína formada por blocos mais simples chamados aminoácidos. Apenas 20 aminoácidos são utilizados em organismos vivos naturais, reunidos em combinações para fazer dezenas de milhares de proteínas diferentes, necessárias para sustentar a vida. Sebastian Greiss e Jason Chin reestruturaram as máquinas biológicas do verme para incluir um 21º aminoácido, não encontrado na natureza (Greiss & Chin, 2011).

A ideia apresentada no texto acima, de que o código genético pode não estar preso as quatro bases nitrogenadas tradicionais (adenina, timina, citosina e guanina, ou seja, o famoso A, T, C e G) é igualmente antiga. Introduzindo alterações genéticas em uma bactéria Escherichia coli os cientistas do Instituto Scripps conseguiram replicar o DNA com um código de seis letras da mesma forma com que ocorre no código genético convencional. Eles introduziram duas bases, denominadas d5SICS e DNAM. Semelhante ao filme Prometheus, passamos de criação a criadores.

Como destacou bem o colunista da Folha, o jornalista Salvador Nogueira em sua analisa sobre este tema, até que ponto temos base científica para acreditar que o código genético convencional baseado em 4 letras pode ter sido intencionalmente criado? A vida poderia perfeitamente ter desenvolvido um código genético baseado em seis ou mais (ou menos) bases nitrogenadas.

Isso demonstra que a estrutura convencional não é perfeita, mas que é simplesmente funcional e assim é por uma conveniência evolutiva Ou seja, é a forma na qual a evolução biológica na base da vida estabeleceu o código genético, baseando-se em um sistema de coevolução do código genético com vias biossintéticas de aminoácidos, na estereoquímica e/ou na otimização do código genético para a minimização de erros.

Passamos a ser protagonistas da criação, passamos a ser o projetista inteligente, o único constatado cientificamente. De certa forma, faz sentido á concepção que Dawkins tem de Designer inteligente como uma entidade física, ou extraterrestre criadora da humanidade, semelhante ao filme Prometheus. Mas ainda sim o enigma persiste; de onde vem tal criador? Dawkins não cogita a possibilidade de um designer inteligente externo ao universo com poderes sobrenaturais, pois sua perspectiva é puramente baseada na exobiologia. Podemos ser criação de uma entidade física extraterrestre e podemos ser criadores de uma nova era para a história da vida, a vida artificial.

Se a marca mais básica de inteligência criadora de complexidade biológica é de que quem produz processos que são mais eficientes do que aqueles obtidos naturalmente, certamente o ser humano poderá se encaixar nessa perspectiva.

Se seres inteligentes com tecnologia científica avançadas decidiram que a vida terrestre deveria usar quatro bases nitrogenadas no DNA, é sinal de que não poderia ficar muito melhor que isso, afinal, o criador deve ser perfeito, assim como sua criação. Se estamos melhorando, cabe cogitar a possibilidade de que o código genético, as estruturas biológicas e até mesmo a estruturação física e química do universo é resultado de processos naturais e não sobrenaturais. Será o homem capaz de melhorar ou criar estruturas biológicas definitivamente perfeitas? Serão os físicos capazes de dobrar o espaço tempo do espaço, controlar intencionalmente as constantes do universo acessar multiversos e branas paralelos? Colonizaremos novos horizontes multiversais e biológicos?

Se temos a possibilidade de quebrar a trinca do código genético baseado em 4 letras convencionais significa que a ideia proposta pelos matemáticos que decifraram um suposto wow signal na química do código da vida pode ser descartada por inteiro. De fato, o código genético te uma explicações evolutiva plausível e se novas bases nitrogenadas podem ser inseridas, poderemos alterar o código genético baseado em trincas e a questão da simetria matematica encontrada em códigos genéticos é meramente fruto de uma concepção teleológica, e não científica ou baseada na compreensão integra do código. Se a simetria pode ser estabelecida em um códon de base 3, um códon de base 5 também apresenta simetria e poderia ter sido resultado de processos evolutivos já que artificialmente podemos inserir bases nitrogenadas e alterar códons genéticos. De fato, já foi demonstrado que tal processo químico pode ser plástico o suficiente para ser alterado e passar por processos evolutivos. Mesmo porque, o código genético é quase universal. Certos grupos biológicos tem códons que não são universais. Por exemplo, é comum referir‑se que o número de aminoácidos codificados no DNA é 20, embora no ser humano esse valor seja realmente 21, fato conhecido desde a década de 1960 em que se descobriu que a selenocisteína é também codificada, e mais recentemente, já em 2002, foi identificado um vigésimo segundo aminoácido, a pirrolisina, codificada na bactéria metanogênica Methanosarcina barkeri, e que ocorre também em outras espécies do mesmo gênero. O equívoco resulta de, na época, os aminoácidos expressos serem associados a certos grupos de códons, sem considerar a possibilidade dos organismos seguirem estratégias de adaptação e utilizarem outros tipos de códons. Nos dois casos referidos são, de fato, utilizados códons usualmente identificados como indicadores de paragem, isto é de STOP (Zhang et al, 2005).

De qualquer modo, a biologia caminha para a vida sintética, para a inteligência e consciência artificial. Os geneticistas e bioeticistas certamente entraram mais em contato e em conflitos entre si a partir de então. A biologia e a evolução só tem a ganhar. Que venha a biologia sintética e síntese expandida da evolução biológica, onde os conceitos serão atualizados e mais uma vez, pseudociências teleológicas inteligentistas serão marginalizadas.

Referências

The guardian designer chromosome for brewer yeast built from scratch

VERDADEIRO APRIMORAMENTO HUMANO POR NICHOLAS AGAR E A HUMANIDADE APRIMORADA POR RUSSELL BLACKFORD – OPINIÕES

SALVADOR NOGUEIRA. DNA alienígena e o design inteligente.

Sebastian Greiss and Jason W. Chin. Expanding the Genetic Code of an Animal. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14196–14199

Zhang, Y.; Baranov, P. V.; Atkins, J. F.; Gladyshev, V. N.. Pyrrolysine and selenocysteine use dissimilar decoding strategies. J. Biol. Chem. 2005, 280, 20740.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, DNA, Vida Sintética, Evolução, Designer Inteligente, Complexidade, Funcionalidade, Perfeição.

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