Células mínimas artificiais: criando vida suficiente para pesquisas médicas

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  Previsão Quantumrun
• 23 de dezembro de 2022

Resumo do insight

Explorando os aspectos essenciais da vida, os cientistas têm reduzido os genomas para criar células mínimas, revelando as funções essenciais necessárias à vida. Esses esforços levaram a descobertas e desafios inesperados, como formas celulares irregulares, levando a um maior refinamento e compreensão dos fundamentos genéticos. Esta pesquisa abre caminho para avanços na biologia sintética, com aplicações potenciais no desenvolvimento de medicamentos, estudo de doenças e medicina personalizada.

Contexto de células mínimas artificiais

Células mínimas artificiais ou minimização do genoma são uma abordagem prática da biologia sintética para compreender como as interações entre genes essenciais dão origem a processos fisiológicos vitais. A minimização do genoma usou um método de design-construção-teste-aprendizado que se baseava na avaliação e combinação de segmentos genômicos modulares e informações da mutagênese transposon (o processo de transferência de genes de um hospedeiro para outro) para ajudar a orientar as deleções genéticas. Este método reduziu o preconceito na descoberta de genes essenciais e deu aos cientistas as ferramentas para mudar, reconstruir e estudar o genoma e o que ele faz.

Em 2010, cientistas do J. Craig Venter Institute (JVCI), com sede nos EUA, anunciaram que eliminaram com sucesso o DNA da bactéria Mycoplasma capricolum e o substituíram por DNA gerado por computador baseado em outra bactéria, Mycoplasma mycoides. A equipe intitulou seu novo organismo JCVI-syn1.0, ou ‘Sintético’, para abreviar. Este organismo foi a primeira espécie auto-replicante na Terra que consistia em pais de computador. Foi criado para ajudar os cientistas a entender como a vida funcionava, começando pelas células. 

Em 2016, a equipe criou o JCVI-syn3.0, um organismo unicelular com menos genes do que qualquer outra forma conhecida de vida simples (apenas 473 genes em comparação com os 1.0 genes do JVCI-syn901). No entanto, o organismo agiu de forma imprevisível. Em vez de produzir células saudáveis, criou células de formato estranho durante a auto-replicação. Os cientistas perceberam que haviam removido muitos genes da célula original, incluindo aqueles responsáveis ​​pela divisão celular normal. 

Impacto disruptivo

Determinados a encontrar um organismo saudável com o menor número possível de genes, biofísicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) remixaram o código JCVI-syn3.0 em 2021. Eles conseguiram criar um nova variante chamada JCVI-syn3A. Embora esta nova célula tenha apenas 500 genes, ela se comporta mais como uma célula normal graças ao trabalho dos pesquisadores. 

Os cientistas estão trabalhando para desmontar ainda mais a célula. Em 2021, um novo organismo sintético conhecido como M. mycoides JCVI-syn3B evoluiu durante 300 dias, demonstrando que pode sofrer mutação em diferentes circunstâncias. Os bioengenheiros também estão optimistas de que um organismo mais simplificado pode ajudar os cientistas a estudar a vida no seu nível mais básico e a compreender como as doenças avançam.

Em 2022, uma equipe de cientistas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, JVCI e da Technische Universität Dresden, com sede na Alemanha, criou um modelo computacional de JCVI-syn3A. Este modelo poderia prever com precisão o crescimento e a estrutura molecular de seu análogo na vida real. Em 2022, era o modelo de célula inteira mais completo já simulado por um computador.

Essas simulações podem fornecer informações valiosas. Esses dados incluem metabolismo, crescimento e processos de informação genética ao longo de um ciclo celular. A análise oferece informações sobre os princípios da vida e como as células consomem energia, incluindo o transporte ativo de aminoácidos, nucleotídeos e íons. À medida que a investigação celular mínima continua a crescer, os cientistas podem criar melhores sistemas de biologia sintética que podem ser utilizados para desenvolver medicamentos, estudar doenças e descobrir terapias genéticas.

Implicações de células mínimas artificiais

Implicações mais amplas do desenvolvimento de células mínimas artificiais podem incluir: 

• Mais colaborações globais para criar sistemas de vida simplificados, mas funcionais, para investigação.
• Aumento do uso de aprendizado de máquina e modelagem computacional para mapear estruturas biológicas, como células sanguíneas e proteínas.
• Biologia sintética avançada e híbridos de máquina-organismo, incluindo corpo em um chip e robôs vivos. No entanto, estas experiências podem receber reclamações éticas de alguns cientistas.
• Algumas empresas de biotecnologia e biofarmacêuticas investem pesadamente em iniciativas de biologia sintética para acelerar o desenvolvimento de medicamentos e terapias.
• Maior inovação e descobertas na edição genética à medida que os cientistas aprendem mais sobre os genes e como eles podem ser manipulados.
• Regulamentações reforçadas sobre investigação biotecnológica para garantir práticas éticas, salvaguardando a integridade científica e a confiança pública.
• Surgimento de novos programas educativos e de formação centrados na biologia sintética e nas formas de vida artificiais, dotando a próxima geração de cientistas com competências especializadas.
• Mudança nas estratégias de saúde para a medicina personalizada, utilizando células artificiais e biologia sintética para tratamentos e diagnósticos personalizados.

Questões a considerar

• Se você trabalha na área de biologia sintética, quais são os outros benefícios das células mínimas?
• Como podem as organizações e instituições trabalhar em conjunto para fazer avançar a biologia sintética?