Cromossomos felizes

Por Reinaldo José Lopes

Este é um dia bastante especial para a chamada biologia sintética, o campo de pesquisa cujo objetivo é construir novos genomas e organismos do zero. Uma equipe da Universidade Johns Hopkins, nos EUA, conseguiu sintetizar pela primeira vez, em sua inteireza, o DNA de um cromossomo de um organismo eucarionte (de célula complexa com núcleo, como a nossa), no caso a levedura Saccharomyces cerevisiae, a que fermenta algumas cervejas, como indica o nome do treco. Tem reportagem minha sobre o tema na Folha de hoje, mas muita coisa legal inevitavelmente ficou de fora, então vamos à versão do diretor.

Primeiro, alguns comentários de Gonçalo Guimarães Pereira, da Unicamp, um veterano nas tentativas de analisar e “projetar” genomas (currículo dele aqui; saiba mais sobre o trabalho dele e de seus colegas nesta e nesta reportagem de minha autoria).

Em conversa por telefone, ele explicou dois detalhes interessantes das leveduras com cromossomo artificial. Primeiro, a maneira como o cromossomo foi montado: as leveduras têm uma tendência natural a incorporar sequências de DNA que sejam homólogas, ou seja, tenham um conjunto similar de “letras” de DNA. Isso acontece quando a fita dupla de “letras” químicas que forma a molécula de DNA se abre e uma fita extra se acopla a uma das duas fitas abertas, gerando uma nova molécula. Foi assim, em linhas gerais, que o DNA sintético foi sendo inserido passo a passo no cromossomo natural da levedura, até sobrar apenas o cromossomo sintético.

Outro detalhe importante: os cientistas também inseriram no novo cromossomo, lado a lado de genes considerados não essenciais, sequências que levam à recombinação daquele DNA com seu par cromossômico — basicamente fazendo com que, ao longo das gerações da levedura, esses genes possam ser “cuspidos” para fora do cromossomo, diz Pereira. Isso é um método importante para tentar descobrir com mais rapidez quais genes são importantes, em conjunto, para o funcionamento do organismo e, assim, chegar a uma versão mais “enxuta” da levedura, ideal para modificações em laboratório – uma “levedura mínima”, diz ele.

Resumo da ópera, segundo ele: “Do ponto de vista técnico, o trabalho é uma demonstração de força, importante do ponto de vista científico. E, do ponto de vista das aplicações, é claro que é um grande passo para a criação de vias metabólicas, e da produção de produtos químicos por meio desses organismos, que não seria possível obter de outra forma”.

FAÇA VOCÊ MESMO

Segundamente, vamos aos comentários de Andrés Ochoa, que tem doutorado em biotecnologia pela USP e coordena o grupo Syntechbio, o qual, aliás, também está no Facebook. Fala, Andrés!

“Bom, o primeiro a comentar é que a prova de que um genoma sintético pode modificar uma célula foi feita por Craig Venter [um dos decifradores do genoma humano] em um genoma procarionte [de bactéria]. Não tinha sido feito com um eucarionte, o que faz do paper que você me mandou algo muito interessante. O paper que você manda caminha um pouco nessa direção. Junto com o trabalho de Venter, são prova de que a informação genética é software capaz de modificar hardware. O que gera grande interesse nesse tipo de matéria-prima para a criação de novos tipos de manufaturas, desenhadas a partir do DNA.

Vale a pena ressaltar que não foi o genoma completo, mas apenas um cromossomo, diferente do feito por Venter. Aliás, eles tiveram uma abordagem interessante para lidar com esse problema da complexidade, porque o mesmo Venter teve problemas com uma única mutação que inicialmente  impossibilitou o desenvolvimento do micro-organismo, isso porque foi uma mutação que atingiu um gene essencial quando ele fez o genoma sintético, ele teve de ressintetizar uma parte do genoma, e fazer uma checagem que lhe permitiu ver onde estava a mutação, já que ele nesse momento não sabia. No paper que você manda, eles modificam várias coisas do cromossomo baseados em informação prévia de que genes são essenciais e quais não.
Normalmente, os estudos para caracterizar genes essenciais (quer dizer, genes que, quando modificados, impossibilitam o desenvolvimento do organismo) são feitos por silenciamento com elementos de transposição [trechos de DNA que saltam de um ponto a outro do genoma], técnica chamada de ‘Global Transposon Mutagenesis’. Isso é relativamente mais rápido do que a técnica que eles comentam, que é knockout [desligamento] de gene por gene, que é mais comum para organismos mais complexos como os multicelulares.
Daí que é importante o feito desses novos autores. Eles não só sintetizam um cromossomo eucariótico mas também fazem modificações nele, ainda tendo organismos viáveis. Entre as modificações feitas, achei muito interessante eles terem colocado sequencias de recombinação (loxP) a cada lado dos genes não essenciais. Isso permite num futuro (o que não foi feito no paper mas podem fazer em próximos capítulos)  gerar as versões do cromossomo que pela atividade da enzima de recombinação Cre percam alguns desses genes, mas só genes não essenciais, porque se perdessem o essencial a levedura não crescia, assegurando no final do processo só ter versões desse cromossomo que funcionaram para manter o organismo viável. Essas combinações são desconhecidas!
Então eles não só sintetizaram um cromossomo mas também modificaram-no para ser uma ferramenta para ver que genes podem ser combinados e ter organismos viáveis. Isso permite sistematicamente testar que genes que são essenciais e quais não, alem dos já conhecidos, o que permitiria melhorar o desenho de genomas, e nesse caso concreto, desse cromossomo.
Outra coisa interessante que discuti com Jef Boeke [coordenador do estudo] anos atrás, quando o conheci num congresso na França, é a plataforma que eles têm para esse projeto de síntese dessa levedura. Como é muito grande o genoma, eles montaram uma aula, em cada aula alunos participam da montagem de partes do genoma da levedura, aprendendo biologia molecular e princípios de desenho de material gênico. Esse é um dos primeiros resultados dessa plataforma. Aqui na USP, temos atividades desse tipo, como foi a participação no iGEM [competição internacional de criação de novos sistemas biológicos] em 2012 e 2013, que procuro incentivar como parte do aprendizado dos alunos na área de biologia sintética.”