George Church se eleva acima da maioria das pessoas. Ele tem uma longa barba grisalha do mago da Terra-média, e o trabalho de toda a sua vida - mexendo com o DNA e investigando os segredos da vida - não foi tão longe do mundo da magia profunda. O geneticista de 63 anos administra um dos maiores e bem-financiados laboratórios do mundo, com sede no segundo andar do enorme edifício de aço e vidro, o New Research Building, Harvard Medical School. Ele também trabalha como consultor e apoia dezenas de projetos, consórcios, conferências, divisões e startups, unidos pela missão de expandir os limites dos acessíveis - desde a criação de biorobôs até a ressurreição de um mamute. Em uma manhã nublada de agosto, ele queria falar comigo sobre os limites da minha própria vida.
Church é um dos líderes da iniciativa chamada Genome Project-Write (GP-Write), que organiza os esforços de centenas de cientistas em todo o mundo trabalhando na síntese de DNA de diferentes organismos. O grupo ainda está discutindo sobre até onde deve ir a síntese do DNA humano, mas Church - de pé em seu escritório, vestindo uma jaqueta esportiva amassada atrás de um púlpito estreito, que ele usa em vez de uma mesa - diz que seu laboratório já fez sua escolha. pergunta: "Queremos sintetizar versões modificadas de todos os genes do genoma humano nos próximos anos".
Ele vai projetar e criar longas cadeias de DNA humano, não apenas cortando e colando pedaços pequenos - uma prática semelhante agora é semelhante à rotina, graças às tecnologias mais recentes, como o CRISPR, que permite que os cientistas editem DNA de maneira barata e fácil - mas substituindo seções críticas de cromossomos que podem ser conectados a eles. genoma de origem natural. Se for bem-sucedido, será um salto emocionante na complexidade dos genomas de bactérias e leveduras, cuja síntese os cientistas trabalharam até agora. "Planejamos coisas muito superiores ao CRISPR", diz Church. "É como a diferença entre editar um livro e escrever um novo."
Ao escrever seu livro, Church espera mudar a história do homem à vontade. Substituindo nucleotídeos selecionados - símbolos de vida do ACGT espalhados nos cromossomos - e substituindo, digamos, T por A ou C por G durante o processo de transcodificação, Church deseja criar células que resistam a vírus. "Como HIV ou hepatite B", diz ele.
"E um resfriado?" Eu pergunto.
Ele concorda e acrescenta que eles já conseguiram transcodificar a bactéria, tornando-a imune a vírus. "Isso é descrito em nosso trabalho a partir de 2016", diz ele.
Church e outros que trabalham na síntese do DNA humano criaram seu próprio projeto no âmbito do GP-Write - a gravação do projeto do genoma humano (Human Genome Project-Write, HGP-Write). Suas perspectivas de sucesso são tais que os biólogos discutem veementemente o potencial de tratar doenças, criando células e até, possivelmente, órgãos inteiros com a ajuda da bioengenharia. Os críticos coçam a cabeça pensativamente devido a dificuldades técnicas, alto custo e questões de praticidade. Francis Collins, diretor do National Institutes of Health, admite que a síntese de um genoma humano completo é real, mas ele não entende o significado desse empreendimento. "Acho que é possível se você tiver tempo e dinheiro suficientes", diz ele, "mas por que fazer isso? Hoje, tecnologias como o CRISPR são muito mais acessíveis. ”
E surge a questão da ética do uso de tecnologia poderosa para jogos com um código de vida básico. Teoricamente, os cientistas um dia serão capazes de criar genomas, humanos ou o que seja, tão fácil quanto escrever código em um computador, transformar cópias digitais de DNA do laptop de alguém em células vivas ou mesmo Homo sapiens. Conscientes da controvérsia, Church e seus colegas do HGP-Write insistem que seu objetivo não é criar novas pessoas - embora a impudência necessária para fazer mudanças em larga escala no DNA seja suficiente para causar controvérsia. "As pessoas ficam chateadas se alguém coloca genes de um tipo diferente na comida", diz o especialista em bioética e advogado de Stanford, Henry Greely. “E aqui estamos falando de uma reescrita completa da vida? Sim, aqui os cabelos ficam arrepiados, e eles o perceberão com hostilidade.
Mas, apesar de todas as baionetas, Church e a equipe avançam. "Queremos começar com o cromossomo Y humano", diz ele, referindo-se ao cromossomo sexual masculino, que, ele explica, possui o menor número de genes de todos os 23 cromossomos, por isso é mais fácil criar. Mas ele não deseja sintetizar nenhum cromossomo Y. Ele e a equipe querem usar a sequência desse cromossomo, tirada de uma pessoa real - de mim.
"Você pode fazer isso?" Eu tropeço, pergunto.
"É claro que podemos - com sua permissão", diz ele, lembrando que seria fácil usar meu genoma, pois ele é armazenado digitalmente nos computadores de seu laboratório, como parte do projeto que ele lançou em 2005, "The Personal Genome Project" (Projeto Genoma Pessoal, PGP). O PGP atraiu milhares de pessoas que concordaram em contribuir com seu genoma completo para um banco de dados aberto, acessível a pesquisadores e qualquer outra pessoa em geral; Eu também forneci meu genoma para este projeto.
Com minha permissão, depois de algumas teclas pressionadas no teclado, Church poderá abrir desenhos digitais do meu cromossomo Y sem esforço. Então, os cientistas de seu laboratório poderão fazer uma cópia sintética, mas com as diferenças: eles recodificam a minha sequência para que ela resista a vírus. Se tiverem sucesso - e se puderem recodificar todos os outros cromossomos e introduzi-los nas células humanas, e estes são dois grandes "se" - teoricamente, poderão implantar essas células "corrigidas" no meu corpo, onde, se tiverem sorte, multiplicam-se, vai mudar o funcionamento do meu corpo e diminuir o risco de infecção viral.
Mas estamos nos adiantando. Por enquanto, Church simplesmente quer transcodificar e sintetizar meu cromossomo Y. "Quando terminarmos, um pequeno pedaço de você será armazenado na geladeira." Uma versão otimizada de mim que um dia será capaz de descongelar - em dez anos ou em cem mil. Até lá, diz Church, os cientistas poderão manipular meu genoma ainda mais profundamente. Ele será capaz de me tornar mais forte, mais rápido ou até mais inteligente. Eles podem criar uma versão completamente nova de mim. Quem sabe o que será possível no futuro?
A biologia sintética, uma área dedicada a entender e refazer os elementos básicos da vida, surgiu nos anos 70, quando uma equipe liderada pelo bioquímico Paul Berg, de Stanford, fez descobertas importantes na técnica de cortar seqüências curtas de DNA de organismos (de bactérias para seres humanos) e inseri-las em outros (geralmente bactérias). Essa prática permitiu que os cientistas usassem sistemas celulares microbianos para produzir proteínas, que em alguns casos se tornaram medicamentos bem-sucedidos, como o
Epogen , que é usado para estimular a produção de glóbulos vermelhos em pessoas com anemia em diálise ou no Tour de France.
A biologia sintética em larga escala começou a aparecer no início de 2000, quando os cientistas começaram a sintetizar todo o vírus. Em 2010, uma equipe do J. Craig Venter Institute criou a primeira célula bacteriana auto-reprodutiva sintética. Mas até agora ninguém se aproximou dos planos ambiciosos de GP-Write ou HGP-Write, devido ao seu nome no projeto inicial de estudar o genoma humano do Human Genome Project, uma empresa enorme que sequenciou 3 bilhões de pares de genes que compõem o genoma humano por US $ 2,7 bilhões de dólares dos contribuintes americanos. (O segundo projeto privado, liderado por Craig Venter, fez o mesmo muito mais barato). "Vemos o projeto HGP-Write como uma continuação do Projeto Genoma Humano", disse o geneticista Andrew Hessel, um dos fundadores da GP-Write e HGP-Write, e ex-pesquisador da divisão de Ciências da Vida da Autodesk.
Foi Hessel, um homem esbelto de 54 anos, com uma barba curta e espinhosa, quem primeiro me contou sobre esse novo projeto de estudar o genoma humano há três anos, quando o visitei em sua pequena cabana de aparência cativante ao lado do rio Russian, no distrito de Sonoma, na Califórnia. Bebendo vinho tinto ao lado de um fogão a lenha em uma noite de nevoeiro, Hessel contou como começou sua carreira no final dos anos 90 na Amgen, analisando dados de um projeto de empreendimento privado. “Mesmo quando estávamos terminando o HGP-Read (projeto de leitura do genoma humano)”, diz ele, usando sua breve designação do projeto do genoma humano, “eu já estava ansioso para saber como poderíamos começar a criar algo. Eu esperei e esperei, mas nada aconteceu. Não há imaginação suficiente. A tecnologia atingiu um certo ponto de desenvolvimento, mas ninguém seguiu em frente. ” Ele assistiu ao advento do CRISPR e de outras tecnologias de edição de genes, mas elas não o satisfaziam.
Em 2015, Hessel decidiu seriamente assumir o projeto de edição do genoma e pediu à Igreja que ajudasse a organizar a iniciativa, que se tornou GP-Write (e HGP-Write). Church insistiu que eles precisavam trazer outro proeminente biólogo sintético, Jeff Boeke, da Universidade de Nova York. Os objetivos do grupo vão desde ajudar a desenvolver tecnologias que funcionam mais rápido e mais barato, até desenvolver uma plataforma ética para sintetizar a vida. Eles já têm uma resposta para a pergunta de Francis Collins e outros sobre a síntese do genoma humano - por que fazer isso? Hessel, Church e empresa falam sobre o potencial de grandes mudanças que afetam todo o genoma, que podem ser usadas para desenvolver células resistentes a vírus, órgãos sintéticos e novos medicamentos. Mas eles traçam a linha sem ativar o genoma nas
células da linha germinativa , capazes de alterar os genes que transmitimos aos nossos filhos. "Nós não criamos bebês - apenas editamos genomas", insiste Hessel. "O verdadeiro trabalho de criar um bebê sintético permanecerá para a próxima geração."
Em maio passado, a GP-Write realizou sua primeira reunião pública no New York Genome Center. A conferência de dois dias atraiu 250 cientistas, profissionais de ética, advogados, cientistas amadores, artistas, formuladores de políticas e empresas de 10 países, incluindo China, Japão, Grã-Bretanha, Canadá, Cingapura e Estados Unidos. Houve relatos com títulos como "Uso de uma matriz de ampliação isotérmica para estender a sequência genética artificial" ou "Previsão e entendimento de sistemas de controle".
Na conferência, foram feitas apresentações de projetos-piloto cujo apoio a organização considerou ou implementou. Por exemplo, Harris Vaughn, da Columbia University, quer mudar as células dos mamíferos por meio da bioengenharia, para que se tornem fábricas de nutrientes, produzindo aminoácidos e vitaminas críticos que os humanos precisam consumir como alimento. Outro projeto de June Medford, da Universidade do Colorado, tem como objetivo editar genomas de plantas que lhes permitam filtrar a água ou detectar produtos químicos. Na reunião, ela mostrou a imagem de uma estrutura de aeroporto cercada por arbustos que reconhecem explosivos.
O movimento GP-Write foi o mais recente de seus avanços no ano passado, quando o laboratório de Boeke na Universidade de Nova York anunciou que havia criado completamente seis cromossomos artificiais dos 16 que compõem o genoma do fermento. Boeke planeja concluir a síntese de todos os 16 cromossomos até o final do ano. "Estamos nos esforçando para desvendar, modernizar e refazer os desenhos genéticos do fermento", diz ele. "Depois de sintetizarmos todos os 16 cromossomos, planejamos criar uma célula de levedura em funcionamento".
Essa será uma conquista notável, mas, como a levedura tem quatro vezes menos genes que os humanos, isso ainda não se tornará uma aproximação à difícil tarefa de sintetizar todo ou mesmo parte do genoma humano. O maior dos 16 cromossomos do fermento contém aproximadamente um milhão de bases emparelhadas. Uma base emparelhada é letras genéticas duplicadas que percorrem cada segmento da dupla hélice do DNA, à maneira dos degraus de uma escada. O cromossomo Y contém 59 milhões de bases emparelhadas e é um dos mais curtos dos 23 cromossomos humanos. Alguns cientistas estimam que gravar todo o genoma humano, todas as 3 bilhões de bases emparelhadas, pode custar US $ 3 bilhões, o que não é apenas irrealisticamente caro, mas pode não ser necessário. "Não precisamos reescrever tudo" para mudar seriamente o cromossomo ", explica Church. "Apenas suas partes importantes."
Em 2002, como parte das tentativas de nossa revista de explicar e aproximar as pessoas da nova tecnologia de sequenciamento de genes, eu me tornei uma das primeiras pessoas cujo genoma foi sequenciado. Então meu genoma parecia algo muito pessoal, e prometeu revelar os segredos da minha saúde, enterrados no fundo do meu DNA. Como parte deste artigo, o Sequenom me testou centenas de marcadores de DNA associados a riscos de doenças, desde a doença de Alzheimer e pressão alta até certos tipos de câncer. Por exemplo, cientistas do Sequenom descobriram uma mutação no meu sexto cromossomo, que mais tarde foi associada a um ligeiro aumento no risco de um ataque cardíaco. Como muitas pessoas cujo genoma foi sequenciado por serviços como o 23andMe, lembrei-me dessas informações com uma nota “bom saber sobre isso”. Quinze anos depois e zero ataque cardíaco, eu, olhando para o meu próprio projeto HGP-Write, pensei em como saber que uma pequena parte de mim estava sendo copiada e transcodificada com o objetivo de melhorar.
Depois de conhecer a Igreja no verão passado, eu me encontrei com sua equipe em uma sala de conferências no Instituto de Engenharia Harvard Weiss, inspirada na biologia, uma incrível estrutura de aço e vidro localizada atrás do edifício principal do laboratório da Igreja. A equipe tinha quatro pesquisadores e um pós-doutorado da Albânia, Erion Hisolli, 32 anos. O Hisolly, muito sério, com tranças no cabelo, me guiou por todo o processo de criação do meu cromossomo Y.
A síntese de genes, explicou Hisolly, começa com o fato de os pesquisadores descobrirem a sequência genética em um computador. Em uma tela luminosa, ela me mostra um segmento da minha sequência que se parece com isso:
CGG CGA AGC TCT TCC TTC CTT TGC ACT GAA AGC TGT AAC TCT AAG TAT CAG TGT GAA ACG GGA GAA AAC AGT AAA GGC AAC GTC CAG GAT CGA GTG AAG CGA CCC ATG AAC GCA TTC ATC GTG TGG TCT CGG GAT CGG GAT CAG GCT CTA GAG AAT CCC CGA
... e assim por diante. Hisolli explica que, em vez de sintetizar cada nucleotídeo no meu cromossomo Y, a equipe da Igreja se concentrará em unidades individuais do código genético,
códons que determinam qual aminoácido (e, finalmente, a proteína) a célula produzirá. Cada códon consiste em um máximo de três nucleotídeos (por exemplo, ATG ou TCC), e Hisolly e a equipe esperam que, ao trocar certos nucleotídeos nos códons, eles possam fazer alterações na escala de todo o genoma que pode tornar a célula resistente a vírus. Após transcodificar os códons alvo, Hisolli enviará esse desenho genético para a Integrated DNA Technologies, que produz pequenos segmentos personalizados de DNA real,
oligonucleotídeos . A empresa secará e congelará esses oligonucleotídeos e os enviará de volta para Hisolly. Ele e seus colegas unirão os segmentos obtidos em seqüências cada vez mais longas, e cada novo segmento os moverá um passo mais perto do cromossomo concluído.
Pelo menos, esse plano - e pode levar um ano inteiro para ser concluído. Enquanto isso, peço a Hisolli uma demonstração menos ambiciosa do trabalho de edição de DNA. A princípio, ela não quer fazer algo que considere simples. Mas então ele concorda, e selecionamos o segmento de DNA no meu sexto cromossomo que contém a mutação identificada pelo meu teste genético anterior - o que está associado a um pequeno risco de ataque cardíaco. Para criar uma versão nova e aprimorada desse fragmento genético, Hisolly corrige uma mutação arriscada em um computador. Ela também transcodifica esse pedaço de DNA para que ele resista a vírus - apenas por uma questão de ordem. Hisolly pede um fragmento de DNA transcodificado à empresa e ele chega alguns dias depois.
Após a obtenção do fragmento, os pesquisadores o clonam e o colocam no citoplasma da
E. coli , uma bactéria conhecida. A genética costuma usar a capacidade de E. coli se reproduzir rapidamente. Depois de alguns dias, E. coli produz um número suficiente de cópias do meu cromossomo alterado e Hisolly me envia uma foto das bactérias na placa de Petri contendo esses pequenos pedaços de mim. Embora eu não consiga ver essas partículas em nanoescala. Mas eu posso ver as gotas luminosas verdes espalhadas dentro das células. Essas gotículas são reproduzidas por um
gene repórter fluorescente retirado de uma água-viva, que os cientistas estão constantemente usando para marcar genes. Essa sopa microbiana suja e verde-acastanhada, coberta de manchas brilhantes, está muito longe da versão que eu poderia ser reconhecida, mas fiz uma careta, imaginando que um dia eu poderia olhar para uma versão mais completa do meu genoma em uma placa de Petri, caricaturada remanescente de mim.
O último passo na criação de um mini-me sintético é substituir o gene corrigido nas células onde ele deve ser armazenado.
Mas nem todos - os cientistas usam meus glóbulos brancos para criar células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs) que podem crescer e se tornar qualquer célula do meu corpo. (Cellular Dynamics International, uma empresa que cria células-tronco para empresas e instituições farmacêuticas, lida com o lado da bioengenharia da questão em Madison, Wisconsin. Algum dia, essas células podem ser introduzidas no meu corpo, na esperança de que elas mudem a maneira como funciona, mas até agora "colocar células editadas no corpo é uma tarefa extremamente difícil", diz Hisolly. - Em muitos tecidos, você pode simplesmente entrar diretamente nas células e observar se uma pequena porcentagem pode sobreviver e prosperar. Ou você pode injetar células-tronco sanguíneas na veia e ver se elas podem atingir a medula óssea ou o timo" E até que essa tecnologia se desenvolva, minhas células editadas serão armazenadas congeladas, para que no futuro eu ou outras pessoas entremos em contato com elas.Church adverte que a tecnologia de síntese de genoma em larga escala ainda está emergindo, cara e complexa. A GP-Write ainda não recebeu investimentos significativos, embora laboratórios individuais, como Church e Bokecke, tenham recebido financiamento de agências governamentais como a National Science Foundation e a DARPA, o departamento de pesquisa e desenvolvimento do Pentágono. Até agora, eu não esperaria que, em um futuro próximo, consiga obter meu cromossomo Y transcodificado - ou a pequena correção feita por Hisolly no meu sexto cromossomo - como implante. Mas eles serão armazenados em um congelamento profundo, caso muitos problemas éticos e técnicos possam ser resolvidos, além de um problema de segurança.Ainda assim, eu me pergunto como um dia será possível usar esse código básico, o que me tornará quem eu sou. Estou usando as duas mãos para usar essa tecnologia para desenvolver novos medicamentos ou para ajustar o DNA em uma escala de genoma que pode prevenir doenças, se for seguro e não tiver efeitos negativos intencionais - e esse é um grande "se". Mas, se superarmos a barreira terapêutica, pergunto-me como reajo ao fato de que eu ou meus filhos seremos aprimorados e nos tornaremos mais fortes ou inteligentes. Repito que, se isso for seguro e realmente funcionar, suspeito que muitas pessoas concordem prontamente com uma atualização, embora eu tenha que me perguntar se a aparência de novos genomas aprimorados ocorrerá - usaremos transcodificação ou tecnologias como o CRISPR - para issoque vamos mudar completamente.O que isso vai se transformar nos próximos anos e décadas - só se pode adivinhar. Mas, no momento, já estão sendo criadas ferramentas que podem nos permitir fazer mais do que apenas introduzir algumas novas melhorias, diz a engenheira biológica Pam Silver, de Harvard: "Somente sua imaginação o limitará". Ela trabalha no projeto GP-Write, que se concentra na produção de aminoácidos que as pessoas obtêm com os alimentos. Sua opinião é apoiada pelo geneticista Charles Cantor, professor emérito da Universidade de Boston que me ajudou a participar do meu seqüenciamento de DNA em 2002 na Sequenom. Cantor acredita que cientistas e especialistas em ética são muito tímidos. “Quando imagino editar o genoma”, ele diz, “eu gosto de pensar em quais gêneros diferentes as pessoas podem escrever composições.Pessoalmente, gosto de ficção - criar genomas completamente novos, por exemplo, para criar pessoas que obtêm energia da fotossíntese ou de plantas que andam. ”O fato de os pesquisadores estarem pensando seriamente em células capazes de resistir a vírus ou plantas que andam torna ainda mais importante que cientistas como Church, Hessel e Boeke, assim como jovens pesquisadores como Hisolly, compartilhem seu trabalho publicamente e para estudos avançados. projetos como GP-Write - funcionam de maneira transparente e seguem os padrões sempre que possível. "Acho que o público deve tranquilizar os cientistas, e não apenas pegar e fazer algo da categoria de gênio insano", disse Nicole Lockhart, diretora da pesquisa do National Institutes of Health sobre consequências éticas, legais e sociais. Ou, como diz Hessel: "Talvez não consigamos impedir que os bandidos usem essa tecnologia, mas como ela aparecerá de alguma forma, é sempre melhor falar abertamente".Durante uma de minhas últimas visitas ao laboratório, perguntei a Hisoli qual cromossomo eles experimentariam na próxima vez em que terminassem de sintetizar meu Y."Ainda não sabemos", diz ela. Talvez um dos cromossomos pequenos restantes, 21 ou 22. Church incentive ela e sua equipe a tentar chances com o cromossomo X."Mas, por enquanto, será um pouco demais", diz Hisolly, já que ela possui mais de 10 vezes mais genes nela e que é muito maior que Y.Pergunto cuidadosamente a ela qual sequência eles usarão no caso de este e outros cromossomos para criar os remanescentes de um genoma humano artificial transcodificado."Nós poderíamos usar o seu", diz ela, mal sorrindo para mim antes de se virar e continuar trabalhando.