Vida sintetica

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bibliotecas
DNA
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criarmaquinas
VíRUSREDESENHADOS
ajudarãooscientistasa
construirmáquinas
genéticasconfiáveis.
EquipedoMITreorganiza
ogenomadobacteriófago
T7mostradoaqui
WWW.SCIAM.COM.BR
PorW.WaytGibbs
evoluçãoéumafonteinextingüívelde
criatividade:3,6bilhõesdeanosde
mutaçõesecompetiçãoderamaosse-
resvivosumavariedadeimpressionan-
tedehabilidadesúteis.Mas aindahá
muitoespaçoparaaperfeiçoamentos.Determina-
dosmicrorganismossãocapazesdedigeriro explo-
sivoecarcinogênicoTNT, porexemplo.Não seria
interessantequeelesbrilhassemaofazerisso,indi-
candoalocalizaçãodeminasterrestresouaconta-
minaçãodosolo?Arbustosdeartemísiaproduzem
umpotenteagentecontraamalária,masemquan-
tidadestãopequenasqueécaroextraí-Io.Quantos
milhõesdevidaspoderiamsersalvasseocompos-
to,a artemisinina,pudessesersintetizadoabaixo
custoporbactérias?E, apesardemuitosestudiosos
decâncerestaremdispostosadarumolhoemtroca
deumacélulacomumcontadorconfiávelquemos-
trassequantasvezeselasedividiu,aNaturezapare-
cenãoterachadotalinventonecessário.
Podeparecerumasimplesquestãodeengenha-
riagenéticareprogramarcélulasparaquebrilhem
napresençadeumatoxina,manufaturarumremé-
dio complicadoou monitorara idadedascélulas.
Mas acriaçãodedispositivosbiológicoscomoes-
sesestálongedeserfácil.Os biólogosvêmtrans-
plantandogenesdeumaespécieparaoutrahá30
anos,emesmoassima engenhariagenéticaainda
temmuitomaisdeartesanatoquedeengenharia.
"Digamosqueeuqueiramodificarumaplanta
paraqueelamudedecornapresençadoTNT',
propõeDrewEndy,biólogodo InstitutodeTec-
nologiadeMassachusetts."Possocomeçarmani-
pulandoossistemasgenéticosdaplantae,setiver
sorte,depoisdeumanooudoisobtereium'dispo-
sitivo'- umsistema.Masissonãovaimeajudara
criarumacélulaquecirculeecomaasplacasdas
paredesdasartérias,ouafabricarumamicrolente.
A práticaatualproduzbasicamenteobrasdearte."
Endyfazpartedeumgrupocrescentedecien-
tistasquesedestacaramnosúltimosanosporrefor-
çarasfundaçõesdaengenhariagenéticacomoque
chamamdebiologiasintética.Elesestãoprojetan-
doeconstruindosistemasvivosqueajamdemodo
previsível,queusempartesintercambiáveiseque,
emalgunscasos,operemcomumcódigogenético
expandido,quelhespermitafazercoisasimpossí-
veisaqualqueroutroorganismonatural.
Essecampocientíficoembrionáriotemtrêsob-
jetivosprincipais:um,aprendersobreavidaatra-
vésdesuaconstrução,emvezdesuadestruição.
Dois,fazercomqueaengenhariagenéticafaçajus
aonome- umadisciplinaquesedesenvolvacons-
tantementepelapadronizaçãodesuascriaçõesesua
recombinaçãoparaproduzirnovosemaissofistica-
dossistemas.E três,expandiroslimitesdeseresvi-
vosemáquinasatéqueambosseunamparapro-
duzirorganismosrealmenteprogramáveis.Micror-
ganismosquedetectemTNT equeproduzamar-
temisininajáparecempossíveis.Osprotótiposatuais
sãorelativamenteprimitivos,masavisãoégrandio-
sa:pensenissocomoVida,versão2.0.
SCIENTIFICAMERICANBRASIL 65
Asraízesdabiologiasintéticaremetema15anosatrás,ao
trabalhopioneirodeStevenA. BennerePeterG.Schultz.Em
1989,BennerliderouumaequipedoETH deZuriqueque
criouumDNA comduas"letras"genéticasanificiais,além
dasquatroqueaparecemnavidatalcomoaconhecemos.
Desdeentão,eleeoutroscriaramdiferentesvariedadesde
DNA aprimorado.Atéagora,ninguémconseguiucriargenes
funcionais- quesejamtranscritosparaRNA edepoistradu-
zidosparaa formadeproteína- apanirdoDNA alterado.
No anopassado,noentanto,ogrupodeSchultz,doInstituto
dePesquisaScripps,desenvolveucélulas(contendoDNA
normal)capazesdegeraraminoácidosnão-naturaisereuni-
losparaformarnovasproteínãs(verquadronapág.66).
Bennereoutrosbiólogossint~ticosda"velhageração"en-
caramagenéticaanificialcomoummeiodeexplorarpergun-
tasbásicas;comoavidasurgiunaTerraequeformaselapode
assumiremoutroslocaisdoUniverso.Muitointeressante,mas
oquevemmesmodandodestaqueàbiologiasintéticaultima-
menteéapromessadequesetorneummétododeprojetare
construirmáquinasqueatuemdentrodascélulas.Doisdis-
positivosassim,descritosaomesmotempoem2000,inspira-
ramtrabalhossubsequentes.
Osdoisdispositivosforamconstruídospelainserçãodese-
qüênciasselecionadasdeDNAnaEscherichíacalí,umabacté-
rianormalmenteinofensivacomumnointestinohumano.Os
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~J lI.Diqfugiamií~culàtsem' iê~;taqu~)esmo~taossiSte.
masvivosparadeduzircomoelesoperam.
t Umnúmerocresc~ntedebiólogóssintéticosestápartindopara
, um~ab mJliferen~e: uir máquinasc9mpartes
intettã'm s !~}bNA:"Osdi i\l9'sfuncionamdentrode
,célulasviv~s,deondetir,amen~rgia,matéria-primaeacaeaci.
dad~demoyimentaçãoe..reprodução." ~
"'~Abiologia rOclJlZiulT\i~rorgo~~Eomtal~ntosàrtifi.
'0 ciais.Álgu ingrédient~sqUI cdmplexospararpedi.
camqntos;ootrosfazemaminoácidos,retirammetais]esado'$da
águ~ousão~paz~sdeexecutarI~gica~1náriasimples.
66 SCIENTlFICAMERICANBRASIL
DREWENDYeequipedoMITdesenharame
construírammaisde140"biotijolos"(nos
frascos J. Cadaumé umpedaçodeDNAque
desempenhaumafunçãocaracterísticae
interagecomoutraspartesgenéticas
dois,noentanto,tinhamfunçõesmuitodiferentes.MichaelElo-
witzeStanislausLeibler,entãonaUniversidadedePrinceton,
organizaramtrêsgenesinteragentesdemodoafazeraE. calí
piscarcomoluzinhasdeNatalmicroscópicas(verboxnapág.
aolado).Enquantoisso,JamesJ. Collins,CharlesR. Cantore
TimothyS.Gardner,daUniversidadedeBoston,construíram
uminterruptorgenético.Umaretroalimentaçãonegativa- dois
genesqueinterferementresi - fazo interruptorsemoverentre
doisestadosestáveis.Isso forneceacadabactériamodificada
umamemóriadigitalrudimentar.
Paraosbiólogoscomespíritodeengenheiros,essasexperiên-
ciasforamestimulantes,mastambémfrustrantes.Demorouquase
umanoparacriarointerruptor,ecercadodobrodissoparaprodu-
zirosmicróbiosquepiscam.E ninguémviaumapossívelligação
entreosdoisdispositivos,parafazer,porexemplo,bactériasfluo-
rescentesquepudessemserligadasedesligadas.
"Gostaríamosdesercapazesdemontarsistemasapartirde
peçasbemdescritaseobedientes",dizEndy."Dessamaneira,se
alguémnofuturomepedirparaconstruirumorganismoque,diga-
mos,conteaté3.000e vireàesquerda,podereiescolheraspanes
necessáriasnaprateleira,uni-Iaseprevercomoelasvãoatuar."Há
quatroanos,partescomoessasnãopassavamdeumsonho.Hoje
elasenchemumacaixanamesadeEndy.
ConstruindocomBiotijolos
'1\QUI ESTÃOPARTESGENÉTICAS", DIZ ENDY, segurando um recipi-
entecontendomaisde50frascoscheiosdeumlíquidotranspa-
renteeviscoso."Cadaumdessesfrascoscontémcópiasdeuma
seçãodiferentedeDNA, quedesempenheumafunçãosozinha
ouquepossaserusadaporumacélulaparaproduzirumaproteí-
naquefaçaalgoútil.O imponanteaquiéquecadapanegenética
foi cuidadosamenteprojetadaparainteragirbemcomasoutras
panes,emdoisníveis."No nívelmecânico,osbiotijolos(BíoBri-
em,comoo grupodoMIT chamaaspanes)podemserfabrica-
dosearmazenadosindependentemente,edepoisreunidospara
formarpedaçosmaioresdeDNA. E, nonívelfuncional,cadaparte
enviae recebesinaisbioquímicospadronizados.Dessemodo,
umcientistapodemudaro componamentodeuma"construção"
JUNHO2004
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COMOFUNCIONAUMAPARTEGENÉTICA
Conjuntosde genes e de DNAregulatório podem funcionar como o equivalente bioquímico dos componentes eletrônicos
UM COMPONENTE
UminversorbioquímicorealizaaoperaçãoboolianaNOTemrespostaa
umsinaldeentrada- umaproteínacodificadaporoutrogene.
LIGADO
Ouandonão há a presençade
proteínade entrada[entrada=OJ. o
genedo inversorestá "ligado"- ele
dá origema sua proteínacodificada(saída=l]
DESLIGADO
Ouandoa proteínadeentradaé
abundante(entrada=l), o gene
inversoré desligado[saída=O).
Sementrada Proteína Entrada
.~ desaída "
~
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'. I - ..,.. . ;"""" Semsaída
~. L:;"YY ~.~ ~I .' "". ,Região I '.'-..,reguladora .- d'fi d deReglaoco I Ica ora
proteínadogene inversor
UM CIRCUITO
Um circuito genético simples conecta os três inversores, cada um dos quais contendo um
gene diferente [gene 1, 2 ou 3). Os genes oscilam entre os estados ligado e desligado
conforme o sinal se propaga através do circuito. O comportamento é monitorado por um
gene (na extrema direita)queinterceptaum pouco da
proteína de saída gerada por um dos genes
inversores (gene 3) e produz em resposta
uma fluorescência.
APÓS150MINUTOS
LIGADO ;;............., '!- ""'...,DESLIGADO
-~ ~.,.,.~ LIGADO """""""'"
Gene1 ~~~/' -1"'. ~'::'"!:'" '\ .'
Gene2 --.:~./ t"
Gene3 ""'..APÓS200MINUTOS """"""""""""":::" , ,..,., .."""""""""""""""""""""""""""'
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UM CIRCUITO EM AÇÃO
Célulasbacterianascontendocircuitoscomoessespiscamrepetidamente{gráficoJ. Mas,naprática,
célulasmodificadasparafazerissoemcultura(fotografiaJ piscamemritmosvariáveis,porqueos
circuitosgenéticostêmmaisruídosesãomenoscontroláveisqueoscircuitoseletrônicos.
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Brilhodeumaúnicacélulaprogramada
100 200 300 400
Tempo (minutos)
600500
apenaspelasubstituiçãodeumadaspartesemdeterminadolocal.
"Componentesintercambiáveissãoalgoinerenteaoutrostipos
deengenharia",ressaltaEndy,masaengenhariagenéticaestáso-
mentecomeçandoatirarproveitodoconceito.Umadesuasvanta-
genséaabstração.Assimcomoengenheiroselétricosnãoprecisam
saberoquehádentrodeumcondensadorparausá-lonumcircui-
to,osengenheirosbiológicosadorariampoderusaruminterruptor
genéticosemteramenoridéiadeseuscoeficientesoudaaparência
bioquímicadospromotores,repressores,ativadores,indutorese
outroselementosgenéticosqueofazemfuncionar.
Um dosfrascosdacaixadeEndy,porexemplo,contémum
biotijoloinversor(tambémchamadooperadorN OT). Quando
seusinalde entradaé alto,seusinalde saídaé baixo,e vice-
versa.OutrobiotijolodesempenhaafunçãoboolianaAND, só
emitindoumsinaldesaídaquandorecebeníveisaltosemsua
entrada.Como asduaspartestrabalhamcomsinaiscompatí-
veis,suaconexãogeraum operadorNAND (NOT AND).
Praticamentequalquercomputaçãobináriapodeserobtidacom
umnúmerosuficientedeoperadoresNAND.
Além daabstração,apadronizaçãodaspartesofereceoutravan-
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Gene2
Gene3
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Genedafluorescência
"
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1<
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tagemimportante:apossibilidadedeprojetarsistemasgenéticos
funcionaissemsaberexatamentecomoconstruí-los.No iníciodo
anopassado,umaclassede16alunosconseguiu,emummês,es-
pecificarquatroprogramasgenéticosparafazergruposdecélulas
deE. calípiscaraomesmotempo,comofazemàsvezesosvagalu-
mes.Os estudantesnãosabiamcomocriarseqüênciasdeDNA, e
nemprecisavamsaber.Endycontratouumaempresaquesintetiza
DNA paramanufaturaras58partesrequeridaspelosprojetos.Es-
sesnovosbiotijolosforamentãoadicionadosaoRegistrodePartes
BiológicasPadrãodoMIT. Essebancodedadosonlinelistahoje
maisde140partes,eonúmeroaumentamêsamês.
SeqüestrandoCélulas
PORMAISúTILQUESEJAaplicarasliçõesdeoutroscamposdaenge-
nhariaà genética,depoisdecertopontoa analogiadesmorona.
Máquinaselétricasemecânicasnormalmentesãoindependentes.
Issotambéméverdadeparaalgunsdispositivosgenéticos:noiní-
ciodesteano,porexemplo,Milan Stojanovic,daUniversidadede
Colúmbia,conseguiucriarbiomoléculassemelhantesaoDNA que
sãoumaversãoquímicadejogo-da-velha.Masosbiólogossintéti-
SCIENTIFICAMERICANBRASIL 67
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cosestãomaisinteressadosemconstruirdispositivosgenéticosden-
trodecélulasvivas,paraqueossistemaspossamsemover,sere-
produzireinteragircomomundoreal.Do pontodevistadacélula,
odispositivosintéticodentrodelaéumparasita.A célulalheforne-
ceenergia,matéria-primaeainfra-estruturabioquímicaquedeco-
dificaoDNA paraRNA-mensageiroedepoisparaproteína.
A presençadacélulahospedeira,porém,acrescentagrandecom-
plexidadeàquestão.Biólogosinvestiramanosdetrabalhoemmo-
deloscomputacionaisdaE, coliedeoutrosorganismosunicelula-
res.Mesmoassim,dizRonWeiss,dePrinceton,"sevocêmedera
seqüênciadeDNA deseusistemagenético,nãopossodizeroque
abactériavaifazercomele".Na realidade,lembraEndy,"metade
das60 partesqueprojetamosem2003nãopuderamserinicial-
mentesintetizadasporqueelasmatavamascélulasqueasestavam
copiando.Tivemosdedescobrirummeiodereduziroesforçoim-
postoàscélulaspelotransporteepelareplicaçãodoDNA projeta-
do".(No fim,58das60partesforamproduzidascomsucesso.)
Umaformadeenfrentaracomplexidadetrazidapelogenoma
nativodascélulaséevitá-Ia:odispositivogenéticopodeserisolado
dentrodeseupróprioloop(alça)deDNA,separadodocromosso-
modoorganismo.A separaçãofísicaésóumameia-solução,por-
quenãoháfiosnascélulas.A vidafuncionaem"redelíquida",com
sinaisdirecionadoresdeproteínasflutuandodeumlocalparaou-
tro."Portanto,seeutiveraquiuminversorfeitodeproteínaseDNX',
explicaEndy,"umsinaldirecionadordeproteínadestinadoaessa
partetambémvaiatuaremqualqueroutroinversorcomoesseem
qualqueroutrolugardacélula",independentementedeeleestar
dentrodoloopartificialounocromossomonatural.
Um mododeevitarocruzamentodesinaisétentarnãousara
mesmaparteduasvezes.Weissusouessaabordagemaoconstruir
ocircuitogenético"CachinhosDourados",queseiluminaquando
háapresençadedeterminadasubstânciaquímica,masapenasquan-
dosuaconcentraçãonãofornemmuitoaltanemmuitobaixa(ver
ilustraçãonapág.oposta).Háquatroinversoresdentrodesuasvá-
riaspartes,ecadainversorreageaumsinal.A questãoéqueessa
estratégiatomamuitomaisdifícilprojetarpartesquesejamreal-
menteintercambiáveisepossamserrearrumadas.
Endy estátestandooutrasolução,quepodesemostrarmais
eficienteparaalgunssistemas."Nossoinversorusaosmesmoscom-
ponentes[utilizadosporWeiss],masorganizadosdemododife-
rente",dizEndy."Ainformaçãonãoéumaproteína,masumataxa,
especificamenteataxadetranscriçãodogene.O inversorresponde
a quantosRNAs-mensageirossãoproduzidosporsegundo.Ele
produzumaproteína,eessaproteínadeterminaataxadetranscri-
ção[aoativarumsegundogene].'Portanto,eumandoTips [trans-
68 SCIENTIFICAMERICANBRASIL
Máquinasvivassereproduzem,
mastambémsofremmutações
criçõesporsegundo]eobtenhoTIPS. É amoedacomum,comoa
correntedeumcircuitoelétrico."Na teoria,o inversorpodeserre-
movidoe substituídoporqualqueroutrobiotijoloqueprocesse
TIPS. E ossinaisdeTIPS sãolocalizados,porissoamesmaparte
podeserusadaemvárioslocaisdeumcircuitoseminterferência.
A técnicaTIPS vaisertestadaporumnovoconjuntodesis-
temasgenéticosprojetadosporalunosquefizeramumcursode
invernonoMIT, emjaneiro.A metanesteanoerareprogramar
célulasparaqueelastrabalhassememconjuntodemodoaformar
padrões,comoumaestampadebolinhas,numaplacadelaborató-
rio.Paraisso,ascélulasprecisamsecomunicaratravésdasecreção
edapercepçãodenutrientesquímicos.
"Os sistemasdesteanotêmo dobrodotamanhodosprojetos
de2003",dizEndy.Foramnecessários13mesesparaconstruiros
projetosdaE. coliquepiscaeinseri-Iosemcélulas.Masnesteano
o estoquedebiotijolosé maior,avelocidadedasíntesedeDNA
aumentoueosengenheirostêmmaisexperiêncianamontagemde
circuitos.Por issoEndy esperaqueosprojetosde2004estejam
prontosparatesteemcincomeses,atempodeserexibidosnapri-
meiraconferênciasobrebiologiasintética,marcadaparajunho.
Reescrevendoo LivrodaVida
OS CIENTISTAS QUE FOREM À CONFERÊNCIA vão sem dúvida chorar
aspitangassobreadificuldadeinerenteemprojetarumpedaçode
DNA relativamentepequenoquefuncioneconfiavelmentedentro
deumacélulaemconstantemudança.Máquinasvivassereprodu-
zem,mastambémsofremmutações.
"Areplicaçãoestálongedeserperfeita.Jáconstruímoscircuitoseosvimossofrermutaçãoemmetadedascélulasnumespaçode
cincohoras",contaWeiss."Quantomaiorforocircuito,maisrápi-
dotendeasofrermutação."WeisseFrancesAmold,do Caltech
(InstitutodeTecnologiadaCalifórnia),desenvolveramcircuitosde
desempenhoaprimoradoaoobservarváriasrodadasdemutaçãoe
selecionarascélulasmaisaptasarealizaratarefadesejada.Semsu-
pervisão,aevoluçãotendeadestruirasmáquinasgenéticas.
"Eu gostariadeproduzirumdispositivogeneticamentecodifi-
cadoqueaceitasseumsinaldeentradaesimplesmentecontasse:1,
2,3,...até256",sugereEndy."Issonãoémuitomaiscomplexodo
queoqueconstruímosagora,enospermitiriadetectarcomrapidez
eprecisãocertostiposdecélulasqueperderamocontrolesobresua
reproduçãoesetomaramcancerosas.Mascomofaçoparaprojetar
ummostradorquecontinueintatoenquantoamáquinafazcópias
desimesmacomerros?Nãofaçoidéia.Talveztenhamosdeincor-
porararedundância- outalvezprecisemosfazercomqueafunção
domarcadorsejadealgummodopositivaparaacélula."
JUNHO2004
8:
DETECTORNIVODEEXPLOSIVOS
UmdetectordeTNTvivo,quedescubraminasterrestressobaterra,podeserconstruídousandocircuitosgenéticos"CachinhosDourados"
queficamfluorescentesapenascomdeterminadaconcentraçãodeTNT.
MONTANDO UM SENSOR GENÉTICO
UsandopartesintercambiáveisdeDNA(nostubosdeensaio),osengenhei-
rosmontaramtrêsversõesdodispositivo.Umaemitiaumbrilhovermelho,
massóquandoaconcentraçãodeTNTeraalta.Asegundabrilhavacomluz
amarelasobníveismédiosdeTNT,eumaterceirapoderiaficarverdesob
Frascoscompartesgenéticas
baixasconcentrações.Osengenheirosinseriamoscircuitosemtrêsculturas
bacterianasdistintas.Nosoloacimadeumamina(abaixo),oTNTsedistribui
numgradientecircular.Então,umamisturadascélulasalteradasproduziria
umalvocircularcentradonomina.
TNT '!!i!'
~
O SISTEMA EM EM AÇÃO
UmprojetoparaumcircuitogenéticoCachinhosDouradosusaquatropartes:
umsensor,umlimitesuperioreoutroinferior,euminversor.Cadapartetem
umcomportamentodistinto:aquantidadedeproteínadesaídavariacomo
funçãodaquantidadedeproteínadeentradaqueelerecebe.Noesquema
$E~I)it
Emitedoissinaisquesão
maisoumenosproporcionais
aoníveldeTNTdentroda
célula.Osdoissinaissão
desiguais:numníveldeTNT
de4%,umdosgenesno
sensor(roxoescuro)
comandaaproduçãode
apenasametadedaproteína
(quadradinhos)produzida
pelooutrogene(roxoclaro).,
Cromossomobacterian
abaixoparaumsistemadebrilhovermelho,osgráficosilustramcomocada
parteajustaoseufuncionamentoàgamadeconcentraçõesdeTNT.(As
formasgeométricasrefletemníveisdesaídaquandoaconcentraçãodeTNT
estáno.pontoexato"de,digamos,4%.)
lIMíiESUPBlOO .
Recebeosinalmaisfracodos~nsor.Asaídadoprimeirogenenessapartecomeçaa
cairdramaticamentemasaindaestá altaquandoos níveisdeTNTsão de4%.Ogene
seguintena cadeiasimplesmenteinvertequalquersinalqueo primeirogenecrie.
Então,numaconcentraçãodeTNTde4%,o limitesuperiormandamuitopouca
proteínaparaapróximaparte(o inversor).
.
. +..+.11. ..',
Ld: Q
.
...
:, ""
Limite
inferior
+..:+...++
++TNT
-
Limite
superior
Saídado
inversor
U
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[JL+U=C\i[
Ci
'
.
' ...........: ...,.. .'" . ." ...'
...',
INVERSOR
Contém genes que expressam
proteínas fluorescentes, mas apenas
quando os sinais de entrada dos dois
limites são baixos. Seu produto
(pentágonos) é a soma do sinal
protéico produzido pelo limite inferior
mais o sinal da parte posterior do
limite superior. A saída do inversor-
uma proteína fluorescente vermelha
- é alta apenas quando sua entrada
é baixa, em concentra-
ções de TNT por
volta de 4%.~
TNT
Proteínas fluorescentes
LIMITEINFERIOR
Produz um sinal de saída que é o inverso do de entrada (triângulos). proteína que o sensor produz mais
prolificamente. A saída dessa parte começa a cair rapidamente em níveis de TNT por volta de 1%;a 4%.
esse parte quase não produz proteína para mandar ao inversor.
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WWW.SCIAM.COM.BR- SCIENTIFICAMERICANBRASIL 69
VIÔA,MASNÃ()(EXATAMENTElcoMoÁCONHECÊMOS
AviganaTerraassfÍmiuur;pagamatremenda-
mentédiversadefBtmas,mastodasas
espéciessurgemdosmesmosingredientes
moleculares:cincoflucleo\ídeosqueformamos
tijolosdoDNAedo~NA,e,?Oaminoácidosque
sãooS'tijôlosdasprôteínas.fPelo!!YIenosiaôis
aminoácidosadicionaissãôconstruídospor
algllrnasespéciesisoladas.)Essesingredien-
teslimitamasreaçõesquímicasquepodem
acontecerdentro,dascélulas,resrfingiJ'}dôo
queavidaconseguefazer:
Essarestriçãofoiafrouxadaem2001,
provavelmentepel~primeiravezemmai~de3
bilh~esde,~nos;~,~~ois.!!~N1ult~.s,gt~ntat.iM~s,
LeiW:mg,PeterG.$thult1.,~seUstolaboradores
noInstitutodePesquisaSçrippsemLaJolla,na
Califórnia,finalmenteconseguiramadicionarà
EscherichiacolitodososgglT)ponentes
genéticosnecessál'ibspa!;é1decodificara
seqüência aeDNAdetrês nucleotídeosTAGem
ami!,!oácidosnãomaturaisdeváriostipos.
Foiumpassoseminal;m,!~intelT!!ediário,
porqueosaminoáciCJossO1.inhos"fêm
relativamentepoucaserventia.Overdadeiro
objetivoém2dificarascélulasp~raqueelas
nãoapenassintetizemaminoácidosartificiais,
ma~també~gr.llçl~m;!,!o.saal'hid~ácido~
natL.iraisparamontarproteínasquenenbuma
outraformadevidaconsigafabricar.Noano
passado,ogrupodeSchultzanul]~iouquetinha
feitQJexatarnenteisso.cOJJJi~E.rJ:oli,eem~gosto
elesrelataramacriaçãodeumaformade
leveduracomessemesmotalento.
"Amaquinariadetradução[quelêoRNApara
fazerproteínasln~slevellurasémuito
parecidacomados'humãt\os",ãpônfaTI
AshtonCropp,biólogodolaboratóriodeSChultz.
"Atéagoranósproduzimosseistiposde
aminoácidosnão;1)aturaisemleveduras",eos
cientistas"çpmeçâtà.m'.àadaptar'bssistem~s
paraquefuncionemnascélulasrenais
humanaseemvermesnematóides,dizCropp.
"Estamosmuitopertodeterumsistemaque
cOl")seguefazerdoisamil'1oácidosnão~nãturais
diferentes'êcolocáclosnamesmaproteína",
acrescenta."Écomplicadoporque,parafazer
isso,acélulatemdedecodificarumaseqüên-
ci'!..lieDN,4.comqljatronuçleotíd~os[emve:?de
três]",coisaque,COmotodomundosabe,
nenhumacélulajamaisfez.
"Esseavançopoderiaimpulsionaravanços
Co!})poterJI;ialbiomédicoinestilT)ável",afirma
BriahL.Davis,daF"undaçãodeRã'squisadoSul1
daÇalifórnjaemLãJolla.Davisprevêglóbulos
brancosquepoderiamproduzirnovas
proteínasparadestruirpatógenQsoucélulas
cancerosasmais/'apidamente.Çroppd~quea
tecnologiajáestácriandonovasférramentas
depesquisa,comoproteínasqueincluem
aminoácidosfluorescentesouqUemudamde
C9wporti:JÔi\entoquandoe,Xpostasàdu:?"Isso
nospermiteprenderpolímerosàsproteínas
terapêuticas,oqUeasfatJuncionarmelhor
comodrogas",afirmaCropp.
Bililogossintéticostampémanli~m,r;pe!<endo
comformasnão'haturaisdeDNA.StevenA.
BennereseuscolegasdaUniversidadeda
Flóridadesenvolveramumalfabetogenéticode
Ou quemsabeosengenheirosvãoterdeentendermelhorcomo
formassimplesdevida,comoosVÍrus,resolveramoproblemada
persistência.Aqui, também,abiologiasintéticapodeajudar.Em
novembropassado,HamiltonO. SmitheJ. CraigVenteranuncia-
ramqueseugrupo,no InstitutoparaAlternativasBiológicasde
Energia,haviarecriado,apartirdonadaeemapenasduassema-
nas,umbacteriófago(vírusqueinfectabactérias)chamadophiX174.
O vírussintético,disseVenter,temosmesmos5.386paresbasede
DNA queaformanaturaleétãoativoquantoela.
"A síntesedeumcromossomograndeestáagoraclaramente
aonossoalcance",disseVenter,quedurantemuitosanoschefiou
umprojetoparaidentificaroconjuntomínimodegenesnecessá-
riosparaasobrevivênciadabactériaMycoplasmagenitalium."O
quenãosabemosésepodemosinseriressecromossomoemuma
célulaetransformarosistemaoperacionaldacélulaparaeliminar
gradualmenteo novocromossomo.Vamosterdecompreender
70 SCIENTIFICAMERICANBRASIL
r
AESCADAlORCIDADEDNA{acima,qesquerda,
vistadefadoedoaJto}podenãoseraúnica
macromoléculacapazdearmazel]ara receitados
organismosvivos,Oscientistase!;tãofazendo
~erimentos cOmácidos'nl.lcléicôssemb
artificiais,comooxDNA(à direita},quesãomais
estáveise,assim,menossujeitosasofrermutações
seislettas;elefo!üsadorecentêmentepata
criarumteSterápidoparaovírusdaSars.
"EStamosbrincandocomumavariedade
chámadaTNA,naqualal'iboseésubstituída
pôrUmaçúcarmaissimples",dizJacl<W
S:z:ostak,doHospitâlGeraldeMassachusetts.O
TNAe oxDNA,criadoporEric1:Kool,da
Urí.iversidadeStahford,sãomai~estáveisqueo
PNA.lss9pode@zercomqueel~ssejal')1
m~lhoresparareprograÔi\arcélulas.Primeiro,
contudo,õscientiStasvãoterdefazê-Ios
funcionardentrodeorganismosvivos.,...w.w.G.
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avidaemseunívelmaisbásico,eestamoslongedefazerisso."
A recriaçãoletraporletradeumvírusnãorevelamuitosobre
ele.Maseseogenomafossedissecadoemseusgenesconstituintes
edepoismetodicamenteremontadodemodoquefizessesentido
paraosengenheiroshumanos?Issoéo queEndye seuscolegas
estãofazendocomobacteriófago17. "Reconstruímos017 - não
sóoressintetizamos,masfizemosumareengenharianogenomaeo
sintetizamos",contaEndy.Oscientistasestãoseparandogenesque
sesobrepõem,cortandoredundânciasetc.O grupocompletouaté
agoracercade11,5quilobasesepretendeconcluiros30milpares
baserestantesatéofimde2004.
Até hoje,osbiólogossintéticosconstruíramsistemasge-
néticosvivoscomoexperiênciase demonstrações.Mas já há
laboratóriosde pesquisatrabalhandoem suasaplicações.
Martin FusseneggereseuscolegasdoETH deZuriqueforam
promovidosdabactériaaosmamíferos.No anopassado,ob-
.
JUNHO2004
--
"Osalunosdessaclassesãofelizeseestão
criandocoisasboaseconstrutivas,enãonovas
espéciesdevírusouannasbiológicas."
- DrewEndy,M/T
tiveramcélulasdehamstercomredesdegenesquerealizam
umaespéciedecontroledevolume:a adiçãodepequenas
quantidadesdediferentesantibióticosfaziaaemissãodosge-
nessintéticosvariarentrebaixa,médiaealta.Essetipodecon-
troledaexpressãodegenespodeserevelarbemútilnastera-
piasgenéticasenafabricaçãodeproteínasfarmacêuticas.
PrimeirosProtótipos
As PRIMEIRAS UTILIZAÇÕES DAS MÁQUINAS VIVAS serão provavel-
menteemtarefasquerequeiramumaquímicasofisticada,comoa
detecçãodetoxinasouasintetizaçãodedrogas.No anopassado,
HommeHellinga,daUniversidadeDuke,inventouummeiode
redesenharproteínassensorasnaturaisdaE. calidemodoque
elasseligassemaoTNT ouaqualqueroutrocompostodeinte-
resseemvezdeaseusalvosnormais.WeissdissequeeleeHellin-
gadiscutemunirseucircuito"CachinhosDourados"comosen-
sordeHellingaparaproduzirdetectoresdeminasterrestres.
JayKeasling,quefundourecentementeumdepartamentode
biologiasintéticano LaboratórioNacionalLawrenceBerkeley
(LBNL), contaqueseugrupoconseguiucolocarumagranderede
degenesdeartemísiae deleveduradentrodaE. coZi.O circuito
pe~iteàbactériafabricarumantecedentequímicodaartemisini-
na,umadrogaantimaláricacujocustodeproduçãoéhojemuito
altoparaospaísesemdesenvolvimentoquemaisprecisamdela.
Keaslingdizque,emtrêsanosdetrabalho,aproduçãocresceu
1milhãodevezes.Seassafrasforemmultiplicadasoutras25ou50
vezes,"seremoscapazesdeproduzirparaoTerceiroMundooco-
quetelduplodedrogasbaseadasnaartemisininaporcercadeum
décimodopreçoatual".Comalteraçõesrelativamentesimples,bac-
tériasmodificadaspodempassara produzirascarassubstâncias
químicasusadasemperfumes,emessênciasdesaborenomedica-
mentocontraocâncerTaxoI.
OutroscientistasdoLBNL estãousandoaE. caliparaajudar
naeliminaçãodelixo nuclear,assimcomodearmasquímicase
biológicas.Umaequipeestámodificandoosentidodo"olfato"da
bactériaparaqueelanadeemdireçãoaumagentenelVOSO,comoo
VX,eodigira."ModificamosaE.calieaPseudamanasaeruginasa
paraqueelasdepositemmetaispesados,urânioeplutônionapare-
decelular",dizKeasling."Quandoascélulasacumulamosmetais,
elassedecantamdasolução,deixandoaágualimpa."
Objetivoslouváveis,todosesses.Masvocênãoéoúnicoase
WWW.SCIAM.COM.BR
!"
~
sentirumtantodesconfortávelaopensaremalunosdegraduação
criandonovostiposdegermes,emlaboratóriosprivadossinteti-
zandovíruseemcientistaspublicandotrabalhossobrecomousar
bactériasparacoletarplutônio.
Em 1975,biólogosimportantespediramainterrupçãodouso
datecnologiadoDNA recombinanteeorganizaramumaconfe-
rênciaemAsilomar,naCalifórnia,paradiscutircomoregulamen-
tarseuuso.O autopoliciamentoparecefuncionar:nuncahouve
um grandeacidentecomorganismosgeneticamentemodifica-
dos."Mas trêscoisasmudaramno panoramarecente",afirma
Endy. "Primeiro,agoraqualquerumpodebaixarna Interneta
seqüênciadeDNA paraosgenesdatoxinadoantrazoudeou-
trascoisasruins.Em segundolugar,qualquerumpodecomprar
DNA sintéticodeempresasestrangeiras.E, emterceiro,estamos
agoramaispreocupadoscomo mauusointencional."
Como a sociedadepodecombateros riscosdeumanova
tecnologiasemseprivardetodososseusbenefícios?"A Inter-
netcontinuafuncionandoporquehámaisgentequerendosua
permanênciaquegentequerendoseufim",sugereEndy. Ele
mostraumafotono anopassado."Olhe. Eles sãofelizesees-
tãocriandocoisasboaseconstrutivas,enãonovasespéciesde
vírusou armasbiológicas.No fim,criarumasociedadecapaz
deusaratecnologiaconstrutivamenteéummeiodelidarcom
osriscosdessatecnologia."
Maseletambémachaquefazsentidorealizarumaconferência
paradiscutirosproblemaspotenciais.'Acreditoqueseriatotalmente
adequadorealizarumareuniãocomoadeAsilomarparadiscutira
situaçãoatualefuturadatecnologiabiológica",diz.Emjunho,quan-
dolíderesnoassuntoseencontraremparacompartilharsuasidéias
maisrecentessobreoquejáépossívelcriar,talvezreselVemparte
dotempoparapensarsobreoquenãodevesercriado. (,i1
w. Wayt Gibbs é redatorde SCIENTIFICAMERICAN
PARACONHECERMAIS
An ExpandedEuka'1loticGeneticCode.Jason W.Chinetai. emScience,Vol.
301,págis.964-967;15deagostode2003.
GeneticCircuitBuildingBlocks for CellularComputation,Communications,
andSignalProcessing.RonWeissetaI.emNatural Computing,Vol.2, No.1,
págs.47-84;2003.
BiologiaSintéticanoMIT:syntheticbiology.org
M.I.T.RegistryofStandardBiologicalParts:parts.mit.edu
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