Revolucionando a biologia: o genoma da levedura semissintética revela novos horizontes na engenharia genética

O DNA sintético pode parecer coisa de ficção científica, mas está rapidamente se tornando uma realidade. Os pesquisadores criaram uma célula de levedura contendo mais de 50% de genoma artificial, incluindo o primeiro cromossomo totalmente artificial do mundo.

Os cientistas já haviam produzido genomas bacterianos e virais artificiais, mas o próximo passo foram os eucariontes, uma célula na qual todo o genoma está localizado dentro de um núcleo ligado a uma membrana. O fermento pode ter sido a escolha natural para isso, como o fermento de padeiro (Levedura de vinho) tem um genoma compacto de apenas 16 cromossomos e tem uma capacidade inata de unir o DNA.

No entanto, os investigadores envolvidos no projecto Genoma da Levedura Sintética (Sc2.0) queriam fazer algo um pouco diferente do que simplesmente sintetizar ADN, dando à levedura um genoma “projetado”. “Decidimos que era importante produzir algo que fosse modificado de perto pelo design da natureza”, disse o autor principal e líder do Sc2.0, Jeff Buckey, no artigo. declaração. “Nosso objetivo geral era construir uma levedura que pudesse nos ensinar uma nova biologia.”

Fazendo um genoma artificial

A equipe primeiro removeu o chamado DNA “lixo” do genoma e o substituiu por novos fragmentos de DNA para ajudá-los a distinguir entre genes sintéticos e originais, e então reorganizou a ordem dos genes. Houve também outra grande remoção a ser feita – genes de tRNA.

Embora as proteínas que eles codificam desempenhem um papel crucial dentro das células, os genes do tRNA também tornam o genoma da levedura instável. Num passo revolucionário, os investigadores removeram-nos e transferiram-nos para um “novo cromossoma” inteiramente novo, baseado em genes de t-RNA. “O novo cromossomo tRNA é o primeiro cromossomo completamente artificial do mundo”, disse o coautor Patrick Yezi Cai. “Não há nada assim na natureza.”

Junto com o novo cromossomo, os pesquisadores montaram cada cromossomo de forma independente, antes de criar 16 cepas de levedura parcialmente artificiais, cada uma contendo 15 cromossomos normais e um artificial.

Junte as peças

Depois veio a parte difícil: reunir todos os cromossomos artificiais em uma única célula de levedura. Isto envolveu uma combinação da técnica genética clássica – a hibridização – e algumas abordagens inteiramente novas. A hibridização foi lenta e, embora a levedura resultante contivesse mais de 30% de genomas sintéticos, os investigadores procuravam mais.

Depois de usar um novo método chamado substituição cromossômica e uma tecnologia semelhante ao CRISPR/Cas9 para reparar defeitos genéticos, eles conseguiram obter uma única célula de levedura contendo mais de 50% de DNA sintético. A manipulação do seu genoma poderia ter feito a levedura crescer ou parecer anormal, mas graças ao fabrico cuidadoso, a levedura sobreviveu e reproduziu-se de forma semelhante à levedura selvagem.

“A equipe agora reescreveu o sistema operacional da levedura em desenvolvimento, abrindo uma nova era na biologia da engenharia – passando de mexer com um punhado de genes para projetar e construir genomas inteiros de novo”, disse Kay.

Próximos passos

A levedura tem sido um elemento básico na produção de alimentos e bebidas – é a razão pela qual temos pão e cerveja decentes, todos dizem “Obrigado, levedura” – e na ciência, para a produção de produtos químicos e como organismo modelo. Usando DNA sintético, podemos fazer muitos avanços nessas áreas, como Ben Blunt, um dos principais cientistas, explicou em seu artigo. declaração.

“Os cromossomos artificiais são enormes conquistas técnicas por si só, mas também abrirão uma série de novas capacidades sobre como estudamos e aplicamos a biologia. Isso pode variar desde a criação de novas cepas microbianas para uma bioprodução mais verde, até nos ajudar a compreender e controlar doenças .”

O próximo passo será combinar todos os 16 cromossomos artificiais em uma única célula de levedura. Isso não é fácil, mas os pesquisadores estão otimistas. “Agora estamos longe da meta de ter todos os 16 cromossomos em uma célula”, disse Bucky.

“Gosto de chamar isso de fim do começo, não de começo do fim, porque então seremos realmente capazes de começar a misturar essa superfície e produzir fermento que pode fazer coisas que nunca vimos antes.”

O estudo está publicado na revista célula.