Pelo menos desde que o último ancestral comum de todos os seres vivos apareceu na Terra, cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, as informações genéticas são armazenadas em um alfabeto de quatro letras, que é distribuído e lido na forma de dois pares de bases. São quatro bases nitrogênio-carbono-hidrogênio: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Devido à sua composição química, eles se ligam aos pares de bases em uma ordem estrita que não permite opções: somente AT e C-G. Nesse sistema quaternário, toda a vida na Terra é codificada.
O principal objetivo da biologia sintética como ciência é a criação de novas formas de vida e novas funções nos organismos existentes. A maneira lógica de atingir esse objetivo é o desenvolvimento de organismos semi-sintéticos com um conjunto expandido de pares de bases. Além das quatro bases da vida selvagem, elas podem conter um par de bases sintéticas, formando um terceiro par de bases artificiais: XY.
Tentativas anteriores de criar um organismo semi-sintético
atingiram seu clímax em 2016 . Em seguida, os geneticistas conseguiram desenvolver uma cepa de
Escherichia coli , que extraiu do ambiente os trifosfatos sintéticos necessários e os usou para replicar plasmídeos com uma base sintética. Este foi o primeiro caso de replicação do DNA semissintético, mas ainda assim um organismo semissintético não estava totalmente completo. Simplesmente armazenar e transferir o par de bases sintéticas não é suficiente. Para ser útil, deve ser totalmente funcional, isto é, capaz de expressar proteínas através do RNA. E serão proteínas que nenhuma forma natural de vida no sistema quaternário é capaz de criar.
Agora, os biólogos do Instituto de Pesquisa Scripps foram além. Eles
criaram uma bactéria semi-sintética completa (foto acima), que transcreve o par de bases artificiais em mRNA com dois códons sintéticos e tRNA com anticódons sintéticos relacionados - e decodifica-os eficientemente no ribossomo para incorporar aminoácidos naturais ou não canônicos na proteína fluorescente "superolder GFP" ( sfGFP).
Nesse caso, o sfGFP foi usado apenas para demonstração; é um marcador tradicional usado na pesquisa genética. Teoricamente, uma bactéria pode codificar outros aminoácidos.
"Essa é a menor mudança que podemos fazer no mecanismo do trabalho da natureza - mas é a primeira vez", comentou o professor Floyd Romesberg, do Scripps Research Institute, um dos principais autores de trabalhos científicos.
A estrutura química dos pares de bases sintéticas e naturais é mostrada na parte superior da ilustração (a). A seguir, é apresentada uma representação esquemática de um cassete de gene usado para expressar sequências semi-sintéticas. Nos gráficos c e d, respectivamente, fluorescência e crescimento de células que expressam sfGFP e tRNA semissintético. Finalmente, no canto inferior esquerdo está uma mancha Western de lisados obtidos da última geração dessas células, mostrada nas marcas da extrema direita dos gráficos c e d, e a abundância relativa de aminoácidos S, I / L e N de células semi-sintéticas é mostrada à direitaSegundo os cientistas, os resultados obtidos indicam que outros processos além da ligação de hidrogênio podem participar de cada etapa do armazenamento e extração de informações genéticas. Descobriu-se que a ausência de ligações de hidrogênio nos pares de bases realmente não incomoda as células: a propagação do DNA semissintético ainda é muito bem-sucedida.
Em outras palavras, a vida espalhada ao nosso redor, provavelmente, não é a única possível do ponto de vista químico. Aconteceu que toda a vida na Terra é formada precisamente a partir de uma amostra tão única, mas não é única.
Assim, o organismo semi-sintético resultante é simultaneamente capaz de codificar informações genéticas adicionais e extraí-las para uso. “Eu não chamaria isso de uma nova forma de vida”, diz Romsberg, “mas é a mais próxima de uma nova forma de vida que alguém já conseguiu fazer. Pela primeira vez, uma célula transmite uma proteína usando algo diferente de G, C, A ou T. ”
As quatro bases naturais do DNA são capazes de codificar apenas 20 aminoácidos; portanto, todas as formas de vida na Terra são limitadas exclusivamente a essas proteínas. Usando o terceiro par de bases - sintético - o corpo é capaz de codificar até 152 novos aminoácidos.
Segundo os pesquisadores, esse organismo deve ser tomado como uma plataforma para a criação de novas formas e funções de vida. Teoricamente, novas formas de vida existentes no sistema hexadecimal podem abrir possibilidades completamente novas em medicina e farmacologia e ajudar na criação de novos medicamentos.
Synthorx, Inc., uma empresa americana especializada na busca de novos medicamentos usando o par de bases sintético X e Y
Os cientistas observam que a forma de vida semissintética que eles criaram e todas semelhantes a ela não serão capazes de viver fora das paredes do laboratório, porque, para a reprodução das bases X e Y na solução, os produtos químicos apropriados devem estar presentes.
O artigo científico foi
publicado em 30 de novembro de 2017 na revista
Nature (doi: 10.1038 / nature24659,
pdf ).