Após dois anos de pesquisa, cientistas de Cambridge conseguiram desenvolver uma bactéria (Escherichia coli) com DNA sintético. A descoberta, publicada em maio de 2019 na revista científica Nature, significa que todo o material genético do microrganismo foi elaborado pelos pesquisadores. A nova bactéria foi denominada Syn61 (síntese 61), uma referência ao número de códons que a bactéria sintética possui.

Um códon nada mais é do que um grupo formado por qualquer combinação de três bases nitrogenadas (que são quatro – Adenina, Timina Citosina e Guanina) simbolizadas pelas letras A, T, C e G. Essas quatro letras constituem o genoma de todos os organismos. Se compararmos o genoma de um ser vivo com um livro, cada códon seria uma palavra e uma combinação delas formaria uma frase (o gene).

E-Coli DNA sintético

Os pesquisadores projetaram o DNA sintético em computador e depois o transferiram para dentro de um microrganismo. Lá, o novo material genético substituiu o DNA original da Escherichia coli. Esse DNA artificial funciona da mesma forma que o DNA original.

Até hoje, o maior feito da biologia sintética tinha sido a substituição do genoma da bactéria Mycoplasma mycoides (1.080.000 bases nitrogenadas ou letras) por um DNA artificial de mesmo tamanho. Isso ocorreu em 2010. O trabalho recente é um marco porque superou o de nove anos atrás em, pelo menos, dois aspectos. Além de sintetizar um genoma de 4 milhões de bases nitrogenadas, os cientistas reduziram o número de códons. A bactéria Syn61, como dissemos, tem 61, três a menos que todos os seres vivos, inclusive a  Escherichia coli.


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Segundo a diretora-executiva do Conselho de Informações sobre Biotecnologia (CIB), Adriana Brondani, essa publicação mostra o potencial da biologia para ser o alicerce de diversas inovações. Brondani, que é doutora em biologia molecular, afirma: “A biologia moderna lança mão de conceitos e recursos tecnológicos desenvolvidos ao longo das últimas décadas e está cada vez mais interligada a outras áreas, a exemplo da química, da física, da engenharia e até da informática.”

Por que os cientistas reduziram o número de códons da bactéria?

Acontece que o DNA é escrito por apenas 20 palavras, os aminoácidos formados por três bases nitrogenadas, conhecido como códons. Entretanto, as quatro letras  (A, T, C e G) que compõem essas palavras (formam os códons) podem gerar 64 combinações (4 x 4 x 4). Ou seja, existem palavras que são escritas por trincas diferentes. É como se essas palavras fossem sinônimos. Elas têm grafia diferente, mas o mesmo significado. Por isso, mesmo com a eliminação de códons foi possível desenvolver o novo microrganismo.

A combinação de códons forma um gene, manual de instruções para produzir uma determinada proteína. A prolina, por exemplo, pode ser gerada pelas combinações de códons CCT, CCC, CCA e CCG.

Dessa maneira, na elaboração do DNA sintético, os cientistas eliminaram alguns desses sinônimos. A bactéria não possui as trincas TCG, TCA, códons que geram o aminoácido serina, que pode ser escrita de seis maneiras diferentes (TCT, TCC, TCA, TCG, AGT e AGC). Também não possui a trinca TAG, códon que sinaliza uma parada, que pode ser escrita de três maneiras diferentes (TAA, TAG e TGA).

Ou seja, ao reescrever o genoma da bactéria E. coli, os cientistas resolveram utilizar apenas quatro códons para a palavra serina e dois códons para sinalizar o término de cada proteína. Foram realizadas 18 mil substituições no genoma dessa bactéria. O resultado foi o microrganismo Syn61, vivo e que possui um genoma 100% sintético, do mesmo tamanho do da bactéria original (4 milhões de letras) mas sem os códons TCG, TCA e TAG.

Como se comporta a bactéria com DNA sintético?

A Syn61 é um pouco mais lenta para se desenvolver quando comparada com sua “irmã” não geneticamente modificada. Além disso, possui uma aparência mais alongada (forma de bastão). Apesar disso, como ela tem todas as suas funções vitais, ficou claro que a redundância do código genético não é essencial para a vida dos organismos. O grupo de pesquisa de Cambridge quer reduzir ainda mais o número de códons e ver quão simplificado o código genético pode ser.

Importância dos microrganismos sintéticos

Além de elucidar como o código genético funciona, o desenvolvimento de microrganismos sintéticos pode ajudar na produção de produtos destinados à saúde, os biofármacos. Atualmente, versões geneticamente modificadas da bactéria E. coli já são utilizados na produção de insulina para diabetes e medicamentos para o tratamento de câncer, esclerose múltipla, ataques cardíacos e algumas enzimas para produtos químicos.


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A versão sintética com ausência de códons poderia proteger essas bactérias de infecções virais uma vez que muitos vírus precisam reconhecer códons específicos para infectar um microrganismo. Na indústria, quando um vírus infecta uma cultura de bactérias, a produção inteira precisa ser jogada fora.

No entanto a produção de um microrganismo sintético, ainda está longe de se tornar algo comum. Isso porque as técnicas utilizadas ainda são muito trabalhosas e caras, necessitando de investimento da ordem de milhões de dólares.

Fonte: Redação CIB e Revista Nature, maio de 2019