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Nos arquivos do Instituto de Tecnologia da Califórnia está uma fotografia de 1988 do lendário físico Richard Feynman, ano em que ele morreu de câncer. Ele havia escrito em um canto: “O que não consigo criar, não consigo entender”. Muitos anos depois, um seleto grupo de pesquisadores aplicou este princípio à biologia: os humanos só compreenderão a sua natureza quando forem capazes de criar o seu próprio genoma a partir do zero. Conseguir isso continua sendo um dos maiores desafios da ciência.
Hoje é publicado um estudo que dá um passo decisivo rumo a esse objetivo. Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia (EUA) criaram um cromossomo humano artificial capaz de se integrar às células humanas, unindo-se às células existentes e passando de geração em geração.
Os cromossomos são os grandes volumes nos quais nosso genoma é montado, uma sequência caótica e repetitiva de 3 bilhões de letras químicas; São essenciais na evolução, porque determinam a herança genética e decidem o sexo dos filhos. Dentro de cada uma das nossas células existem 23 pares de cromossomos que, por sua vez, contêm subunidades menores, os genes responsáveis pela produção de todas as proteínas que precisamos para sobreviver. A capacidade de transcrever a totalidade ou parte dos cromossomos abre a porta para a criação de micróbios, animais e células humanas com novas propriedades.
Qualquer pessoa que consulte uma biblioteca de jornais em busca de cromossomos humanos artificiais lerá que isso já havia sido alcançado em 1997. Uma equipe dos Estados Unidos introduziu cópias reduzidas de um cromossomo humano em células humanas. Foi um triunfo científico, mas as aplicações terapêuticas foram congeladas porque, por razões desconhecidas, os minúsculos cromossomas artificiais começaram a multiplicar-se incontrolavelmente até gerarem genomas completamente anormais e possivelmente cancerígenos.
O cromossomo artificial humano apresentado hoje resolve esse problema. Os pesquisadores criaram um cromossomo artificial dentro de células de levedura, um micróbio versátil cujo genoma foi quase completamente reescrito em estudos anteriores. Eles se concentraram na reprodução do centrômero, a parte central que desempenha um papel crucial na divisão adequada do cromossomo e na transmissão para a próxima geração. Depois que o cromossomo artificial foi montado, foi usada uma técnica para fundir uma célula de levedura com uma célula humana. Pela primeira vez, o cromossomo artificial juntou-se ao restante dos cromossomos sem causar duplicações anormais, permaneceu estável e foi transmitido de mãe para filha com muita eficiência. A descoberta foi publicada na revista CiênciasUma referência da melhor ciência internacional. Cientistas do Instituto Craig Venter, um dos pioneiros que lideraram o Projeto Genoma Humano, o primeiro esforço para ler todo o nosso código genético, na década de 1990, também estão envolvidos nesta descoberta.
“É uma grande conquista”, diz Jeff Buckey, bioquímico da Universidade de Nova York e um dos promotores do Projeto de Escrita do Genoma Humano, que visa criar um genoma humano completamente sintético. “A diferença entre os cromossomos de 1997 e os cromossomos de hoje é como a diferença entre um Ford Modelo T [uno de los primeros automóviles fabricados en serie en 1908] E Tesla”, resume Bucky, que não esteve envolvido no estudo. Em 2016, sua equipe listou aplicações promissoras para cromossomos artificiais, como a criação de células humanas resistentes a vírus ou câncer, por meio da duplicação de cópias de um gene. pág. 53que atua como supressor de tumor.
Os responsáveis pelo trabalho destacam que esses novos cromossomos artificiais permitem que a edição genética seja realizada em um nível superior. O CRISPR e a edição de alta qualidade permitem fazer alterações específicas na sequência genética, o que equivale a corrigir alguns erros de digitação em um parágrafo. Os vírus também podem ser usados como vetores de transmissão, mas sua capacidade também é limitada. Este novo sistema permitiria reescrever genes ou mesmo grupos de genes; O que significa mudar capítulos inteiros.
O cromossomo artificial apresentado hoje contém apenas 750 mil letras de DNA. O menor cromossomo humano, o 21, cuja duplicação resulta na síndrome de Down, tem 46 milhões. Além disso, apenas 182 mil letras do cromossomo artificial são de origem humana (do cromossomo 4); O resto são bactérias. São estas últimas sequências que proporcionam estabilidade e evitam distrações, explica Ben Black, principal autor do trabalho. “Este sistema parece ser mais eficiente do que os sistemas anteriores. Acreditamos que não será difícil aumentar os cromossomos artificiais para incluir sequências maiores, abrindo muitas aplicações biotecnológicas.” Uma possibilidade, acrescenta ele, é introduzir genes suicidas nas células cancerígenas.
“É uma tarefa muito importante”, destaca George Church, pesquisador da Universidade de Harvard e um dos líderes do projeto de escrita do primeiro genoma humano. “Assim como na computação precisamos de computadores com maior memória, há uma grande necessidade de ampliar nossa capacidade de armazenamento na engenharia genética”, acrescenta. Esta nova tecnologia permite a geração de “cargas terapêuticas maiores” e a criação de órgãos para transplante com grandes porções do seu genoma pré-projetado.
Mark Guell, bioengenheiro da Universidade Pompeu Fabra, em Barcelona, acredita que esta tecnologia também pode melhorar e expandir as possibilidades da terapia celular, por exemplo, em tratamentos que modificam geneticamente as células sanguíneas de um paciente para tratar o câncer, uma doença já popular relacionada ao CAR. . T. “Outra aplicação seria utilizar esses cromossomos para produzir moléculas de interesse farmacêutico, por exemplo anticorpos, com maior eficiência do que atualmente”, explica.
Antes de poder escrever o genoma, você precisa aprender a lê-lo. Embora este projeto, que durou mais de uma década, tenha sido concluído em 2003, a verdade é que só há dois anos era possível ler todo o genoma de uma determinada pessoa. Karen Mega, pesquisadora da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, é uma das cientistas que liderou este trabalho. Ele ressalta que um dos principais pontos do novo cromossomo humano artificial é que “é uma sequência genética que é transmitida com segurança de geração em geração, expressando seu potencial valor terapêutico”. “Em humanos, poder-se-ia considerar a aplicação desta nova tecnologia a doenças genéticas pediátricas nas quais grandes quantidades de ADN genómico devem ser modificadas. As doenças do sistema hematopoiético, incluindo a talassemia, a hemofilia e a anemia, são potencialmente adequadas para correcção através de vectores.” Além disso, a distrofia muscular de Duchenne, a doença renal policística e os distúrbios de armazenamento lisossomal, como a doença de Hurler e a fibrose cística, são distúrbios que se enquadram nesta categoria.
Francisco Antequera, especialista em biologia sintética da Universidade de Salamanca, aprecia o novo trabalho, mas alerta que é apenas um primeiro passo. “Os fragmentos de DNA humano ainda são muito pequenos. Mas é verdade que este método pode ser usado para construir cromossomos cada vez maiores. Acredito que no futuro será possível obter cromossomos completos, mas isso representará um novo desafio, porque lidar com moléculas tão gigantescas em laboratório é extremamente difícil, além de criar nosso próprio código genético, há o desafio de poder manipulá-lo sem produzir pesadelos.
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