"A recompensa não vem realmente de fazer uma cópia de algo que já existe", disse George Church, professor de genética na Escola Médica de Harvard, que liderou o trabalho de investigação em colaboração com Joe Jacobson, professor associado do Laboratório de Media do Institute of Technology de Massachusetts. "É preciso mudá-lo… Funcionalmente e radicalmente".
Tal mudança, segundo Church, serve três objectivos. O primeiro é para adicionar funcionalidades a uma célula, de codificação de novos aminoácidos. O segundo é a introdução de salvaguardas que impeçam a contaminação cruzada entre organismos geneticamente modificados e os selvagens. O terceiro objectivo, é estabelecer multi-resistência viral através da reescrita de sequências de vírus. Em indústrias que efectuam culturas de bactérias, incluindo as de produtos farmacêuticos e energia, tais vírus afectam até 20 por cento das culturas. Um exemplo notável atingiu a empresa de biotecnologia Genzyme, onde as estimativas de perdas devido a contaminação viral passaram de algumas centenas de milhões de dólares para mais de 1 bilião.
Tal mudança, segundo Church, serve três objectivos. O primeiro é para adicionar funcionalidades a uma célula, de codificação de novos aminoácidos. O segundo é a introdução de salvaguardas que impeçam a contaminação cruzada entre organismos geneticamente modificados e os selvagens. O terceiro objectivo, é estabelecer multi-resistência viral através da reescrita de sequências de vírus. Em indústrias que efectuam culturas de bactérias, incluindo as de produtos farmacêuticos e energia, tais vírus afectam até 20 por cento das culturas. Um exemplo notável atingiu a empresa de biotecnologia Genzyme, onde as estimativas de perdas devido a contaminação viral passaram de algumas centenas de milhões de dólares para mais de 1 bilião.
Num estudo publicado na revista Science, os investigadores descrevem como conseguiram alterar um codão – uma "palavra" do DNA com três letras de nucleótidos - em 32 estirpes de E. coli, e depois induziram essas estirpes parcialmente editadas a percorrerem um longo caminho evolutivo em direcção a uma linha celular única na qual todas 314 ocorrências desse codão tinham sido substituídos. “Estas sucessivas edições ultrapassam os métodos actuais por duas ordens de grandeza”, disse Harris Wang, pesquisador no laboratório de Church no Instituto Wyss que compartilha o papel de autor com Farren Isaacs, professor assistente de biologia molecular, celular e biologia do desenvolvimento na Universidade de Yale e ex-pesquisador de Harvard, e Peter Carr, um cientista da pesquisa no MIT Media Lab.
No código genético, a maioria dos codões especificam um aminoácido, um bloco de construção de proteínas. Mas alguns codões dizem à célula quando parar de acrescentar aminoácidos a uma sequência proteica, e foi um desses codões stop que os pesquisadores de Harvard alteraram. Com apenas 314 ocorrências, o codão stop TAG é a “palavra” mais rara do genoma da E. coli, tornando-se um alvo principal para a substituição. Usando uma plataforma denominada multiplex automated genome engineering, ou MAGE, a equipa substituiu as ocorrências do codão TAG por outro codão stop, TAA, em células vivas de E. coli. (Revelado pela equipa em 2009, o processo MAGE tem sido apelidado de máquina de evolução, devido à sua capacidade de acelerar a alteração genética em células vivas.)
Enquanto o MAGE, um processo de engenharia de pequena escala, originou células em que os codões TAA substituiram alguns mas não todos os codões TAG, a equipa construiu 32 estirpes que, em conjunto, incluiram todas as substituições TAA possíveis. Então, usando a capacidade inata das bactérias “comercializarem” genes através de um processo chamado conjugação, os investigadores induziram as células a transferirem os genes contendo codões TAA em escalas cada vez maiores. O novo método, chamado de conjugative assembly genome engineering ou CAGE, assemelha-se a um playoff - uma hierarquia que vai reduzir a 16 pares, a 8, a 4, a 2 e, finalmente a 1 - com o vencedor de cada ronda possuindo mais codões TAA e menos TAG, explica Isaacs.
"Estamos a testar décadas de teorias sobre a conservação do código genético", disse Isaacs. "E nós estamos a mostrar à escala do genoma que somos capazes de fazer essas alterações."
Ansiosos por partilhar a sua tecnologia, publicaram os seus resultados quando a CAGE chegou à fase de semifinal. Os resultados sugerem que no final quatro estirpes eram saudáveis, apesar de a equipa ter montado quatro grupos de 80 alterações em segmentos de cromossoma que ultrapassam um milhão de pares de bases do DNA. "Encontramos uma grande dose de cepticismo no início, duvidando que poderíamos fazer tantas mudanças e preservar a saúde destas células", disse Carr. "Mas isso é o que temos visto."
Os investigadores estão confiantes de que se irá criar uma única estirpe em que os codões TAG são completamente eliminados. O próximo passo, dizem eles, é excluir a maquinaria da célula que lê o codão TAG - libertando o codão para um fim completamente novo, como a codificação de um ácido amino novo.
"Nós estamos a tentar desafiar as pessoas", disse Wang, "a pensar no genoma como algo que é altamente maleável, altamente editável."
Enquanto o MAGE, um processo de engenharia de pequena escala, originou células em que os codões TAA substituiram alguns mas não todos os codões TAG, a equipa construiu 32 estirpes que, em conjunto, incluiram todas as substituições TAA possíveis. Então, usando a capacidade inata das bactérias “comercializarem” genes através de um processo chamado conjugação, os investigadores induziram as células a transferirem os genes contendo codões TAA em escalas cada vez maiores. O novo método, chamado de conjugative assembly genome engineering ou CAGE, assemelha-se a um playoff - uma hierarquia que vai reduzir a 16 pares, a 8, a 4, a 2 e, finalmente a 1 - com o vencedor de cada ronda possuindo mais codões TAA e menos TAG, explica Isaacs.
"Estamos a testar décadas de teorias sobre a conservação do código genético", disse Isaacs. "E nós estamos a mostrar à escala do genoma que somos capazes de fazer essas alterações."
Ansiosos por partilhar a sua tecnologia, publicaram os seus resultados quando a CAGE chegou à fase de semifinal. Os resultados sugerem que no final quatro estirpes eram saudáveis, apesar de a equipa ter montado quatro grupos de 80 alterações em segmentos de cromossoma que ultrapassam um milhão de pares de bases do DNA. "Encontramos uma grande dose de cepticismo no início, duvidando que poderíamos fazer tantas mudanças e preservar a saúde destas células", disse Carr. "Mas isso é o que temos visto."
Os investigadores estão confiantes de que se irá criar uma única estirpe em que os codões TAG são completamente eliminados. O próximo passo, dizem eles, é excluir a maquinaria da célula que lê o codão TAG - libertando o codão para um fim completamente novo, como a codificação de um ácido amino novo.
"Nós estamos a tentar desafiar as pessoas", disse Wang, "a pensar no genoma como algo que é altamente maleável, altamente editável."
Fonte: Science Daily
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