A revolução das criaturas sintéticas
Em Maio, um grupo de cientistas anunciou ter conseguido criar a primeira bactéria com ADN artificial. Trata-se de um passo de gigante na corrida para fabricar novos seres a partir do zero.
Imagine células sanguíneas a transportar pelas suas veias não apenas o oxigénio necessário para a sobrevivência como, também, fármacos. Imagine sangue desidratado e armazenado durante meses, ou anos, que fosse possível levar para qualquer parte, incluindo o espaço. Imagine transfusões feitas sem risco de contrair qualquer doença. É o que vende a promissora biologia sintética.
O termo foi criado, em 1974, pelo oncologista polaco Waclaw Szybalski: “Até agora, temos estado a trabalhar na fase descritiva da biologia molecular. Todavia, o verdadeiro desafio começará quando entrarmos na fase da biologia sintética. Nessa altura, desenvolveremos novos elementos de controlo para serem acrescentados a genomas já existentes, ou criaremos outros totalmente novos.” Esta combinação de bioquímica e genética colocava duas questões que estamos, actualmente, muito perto de conseguir resolver: qual o número mínimo de genes necessário para poder haver vida? É possível criar um ser vivo ex novo?
Em Março de 2004, partia do porto de Halifax, no Canadá, o Sorcerer II, o iate privado do conhecido empresário e biólogo John Craig Venter, um dos “pais” do Projecto Genoma. A missão de dois anos consistia em circumnavegar a Terra para recolher espécimes das comunidades microbianas marinhas e avaliar a sua diversidade genética. A expedição Global Ocean Sampling (GOS) reuniu mais de seis milhões de genes e milhares de novas famílias de proteínas.
A energia do futuro, em ADN?
De todos os genes obtidos, Venter está particularmente interessado nas 20 mil que fabricam proteínas que podem metabolizar hidrogénio; o seu faro de homem de negócios diz-lhe que ganhará dinheiro se encontrar uma solução biológica para o problema das novas fontes de energia. Está também de olho no gene da proteína rodopsina, que os vertebrados possuem nas células da retina e que traduz a energia luminosa em impulsos nervosos. Por que será que este pigmento visual foi encontrado nas bactérias marinhas pescadas por Venter? Os microbiólogos pensam que funciona como bóia de sinalização: quando está muito escuro, a rodopsina não produz impulsos eléctricos e o micróbio sabe que se encontra a demasiada profundidade.
Na base do plano de trabalho do biólogo está a identificação da estrutura mínima do genoma necessária para uma bactéria poder subsistir exclusivamente em condições controladas em laboratório, a fim de se poder implantar-lhe genes sintéticos com capacidade para criar biocombustíveis. Depois, será preciso criar uma célula-zombie: retira-se o material genético ao microrganismo para ser substituído pelo ADN artificial. Na última década, foi essa a meta dos J. Craig Venter Institutes (http://www.jcvi.org), em Rockville e San Diego.
Em Junho de 2007, os seus cientistas conseguiam transformar a bactéria da espécie Mycoplasma capricolum noutra, Mycoplasma mycoides, ao substituir o cromossoma da segunda pelo da primeira. Em Janeiro do ano seguinte, Venter e o seu antigo colaborador Hamilton Smith (Prémio Nobel em 1978) anunciavam a criação do primeiro ADN sintético com base no Mycoplasma genitalium, uma bactéria que infecta o aparelho genital dos primatas.
Para não restarem dúvidas de que era artificial, os cientistas criaram um código semelhante ao Morse, mas em que o papel dos pontos e traços era desempenhado pelas quatro “letras” do ADN: timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A). Com as letras e os restantes componentes do ADN, formaram uma sequência que, adequadamente descodificada, revelava o nome dos 46 investigadores envolvidos no projecto, o endereço de uma página da internet para onde enviar uma mensagem de correio electrónico se alguém conseguisse decifrar o código, e três citações: uma de James Joyce, outra do físico Richard Feynman e uma outra do livro American Prometheus, a biografia de J. Robert Oppenheimer, um dos pais da bomba atómica.
Em Maio, deram o derradeiro passo: a criação inédita de um organismo sintético. Para fabricar o Mycoplasma mycoides JCVI-syn 1.0 (Synthia, como lhe chamam familiarmente os investigadores), sintetizaram ADN do genoma de M. mycoides e transplantaram-no para uma M. capricolum. Smith recorre a uma metáfora informática para explicar o processo: “O genoma é o sistema operativo, e o citoplasma (o recheio celular) é o equipamento necessário para o executar. Os dois juntos fazem que uma célula funcione.”
Os problemas de “Synthia”
Os problemas começaram quando se tentou “reiniciar” a criatura, pois muitos dos genes sintéticos não trabalham e os que funcionam não têm qualquer utilidade. As bactérias obtidas desta forma limitam-se a crescer e a reproduzir-se. Apesar disso, Venter declarou que se trata da “primeira célula sintética, pois contém um cromossoma fabricado com quatro frascos de produtos químicos, um sintetizador comercial e um computador”.
Embora, em termos conceptuais, Synthia não traga nada de novo, do ponto de vista tecnológico é um verdadeiro tour de force. Manipular grandes pedaços de ADN, sobretudo quando se pretende que encaixem e formem uma sequência com total precisão, é extremamente complexo. “A criação e inserção de um genoma sintético com mais de um milhão de pares de bases [as “letras”] é um autêntico feito”, diz a bioquímica Frances Arnold, do California Institute of Technology, em Pasadena.
Todavia, o mais importante é o conceito radical que implica: esbateu-se a linha de separação entre o vivo e o não-vivo, um caminho aberto pelo químico alemão Friedrich Whöler, em 1828, ao sintetizar um composto orgânico, a ureia, a partir de moléculas inorgânicas. Em meados do século XX, a biologia molecular demonstrou que as leis físico-químicas que regem o universo também governam os processos vivos. No início do século XXI, Venter constata que se pode manipular a matéria para criar uma forma de vida anteriormente inexistente. Apesar disso, as incógnitas da biologia ainda andam por aí, como adverte Arnold: “Podemos escrever o que quisermos. O problema é que não sabemos o que escrever.”
Há investigadores empenhados em ir ainda mais longe: criar vida a partir do zero para se poder, assim, compreendê-la. Que melhor do que engendrar sistemas que funcionem com uma química que não está presente nos seres vivos? Um desses espíritos radicais é Drew Endy: para este professor do Departamento de Engenharia Biológica do Instituto Tecnológico do Massachusetts (MIT), “nenhum perito inteligente teria fabricado os genomas dos organismos do modo como a evolução fez: algumas partes sobrepõem-se e outras perderam a sua função, mas não se podem suprimir; só ficaram a ocupar espaço”.
A explicação para esta confusão é simples: a Natureza trabalha com o que tem; não pode criar a partir do nada ou do zero, e é isso que Endy pretende tentar: “O principal objectivo da biologia sintética é facilitar a vida ao engenheiro.” Um dos seus colegas, Tom Knight, lembrou-se de uma maneira de resolver o problema ao reparar no sistema dos jogos Lego, onde todas as peças encaixam porque são compatíveis. Foi assim que nasceram os BioBricks, cadeias de ADN que possuem “conectores universais” nas extremidades e que se ligam entre si para formar componentes de nível mais elevado.
Por outro lado, a Natureza apenas utiliza uma vintena de aminoácidos para fabricar as proteínas de que os seres vivos necessitam, mas os cientistas conhecem milhares destas moléculas. Por que não utilizá-las? Lei Wang, do Laboratório de Biologia Química e Proteómica do Salk Institute, na Califórnia, está a trabalhar nisso. O livro da vida é escrito com 64 “palavras” (os codões) de três “letras” cada, retiradas das quatro que formam o ARN: A, G, C e U (de uracilo, que substitui a timina do ADN). Cada um destes tripletos corresponde a um aminoácido específico, excepto três de finalização que servem para assinalar aos ribossomas (as fábricas proteicas da célula) que a proteína está esgotada. Como temos mais codões do que aminoácidos, isso significa que um único aminoácido é codificado por mais de um tripleto. É por isso que os biólogos dizem que o código genético é defeituoso. Incomodado com esta redundância, Wang conseguiu atribuir uma nova missão a um dos três codões stop da bactéria Escherichia coli: agora, esta reconhece um aminoácido não-biológico e incorpora-o nas proteínas.
Genoma com capacidade de evoluir
Por sua vez, Peter Carr, do MIT, e Farren Isaacs, da Harvard Medical School, pretendem eliminar todas as instruções supérfluas do genoma da E. coli. Já o conseguiram com uma das três reiterações que indicam que a proteína está pronta. Se alcançarem o seu objectivo e a nova bactéria for viável, terão 43 tripletos aos quais atribuir outras tarefas.
É no mesmo sentido que se desenvolve um promissor estudo a decorrer num recipiente de precipitados de um laboratório da Foundation for Applied Molecular Evolution, na Florida. Designado por AEGIS, acrónimo de Artificially Expanded Genetic Information System, é, segundo o seu criador, Steven Benner, o primeiro sistema genético sintético capaz de evoluir. “Está a cumprir aquilo para que foi concebido”, assegura o bioquímico. O mais curioso do referido AEGIS é que se trata de um ADN fabricado com 12 bases diferentes, entre as quais se incluem as quatro que definem a vida terrestre. Tal como diria o Dr. McCoy de Star Trek: “É vida, Jim, mas não como a conhecemos.”
Esse poderia igualmente ser o lema do galego Antón Vila, que pretende, no seu laboratório da Universidade da Califórnia em Berkeley, acrescentar um bom número de genes à mitocôndria das nossas células, o organelo responsável pela respiração celular. Possui o seu próprio ADN porque, há 2000 milhões de anos, se tratava de uma bactéria autónoma que se uniu em simbiose a outras para formar a célula eucariota. Gradualmente, começou a desfazer-se do material genético de que não tinha necessidade para poder sobreviver. Actualmente, “consiste em apenas uma trintena de genes; estimamos que o complemento mínimo necessário seja de cerca de 300”, afirma Vila. O objectivo é apagar o caminho evolutivo percorrido pela mitocôndria e... voltar a torná-la autónoma.
Contudo, existe outra via para fabricar uma protocélula artificial com matéria-prima biológica: fazê-lo de baixo para cima ou, dito de outro modo, fabricá-la com base nos própios ingredientes químicos essenciais. Um dos mais destacados defensores desta ideia, o físico dinamarquês Steen Rasmussen, do Los Alamos National Laboratory, já anunciou que “estamos à beira de criar vida”. Segundo Giovanni Murtas, do Centro Enrico Fermi da Universidade de Roma 3, seria efectivamente possível, com uma soma de dez milhões de dólares.
Murtas tem motivos para se sentir optimista. Em 2007, conseguiu sintetizar proteínas dentro de umas gotinhas de gordura (vesículas) chamadas “lipossomas”. Algo de semelhante fora conseguido, três anos antes, pelo físico Albert Libchaber e pelo seu aluno Vincent Noireaux, da Universidade Rockefeller de Nova Iorque, com um extracto de E. coli injectado num lipossoma. Murtas fez o mesmo com um cocktail de 37 enzimas, algumas moléculas e o gene que produz uma proteína fluorescente. Durante algunas horas, os biorreactores vesiculares conseguiram produzir a proteína. Actualmente, procura incorporar novos genes, tendo como meta a principal característica da vida: a reprodução.
Todavia, criar um autêntico ser artificial exigiria desenvolver estruturas semelhantes com recurso à engenharia pura. Em 2009, George Church, da Universidade de Harvard, e Anthony Forster, da Universidade Vanderbilt, em Nashville (ambas nos Estadios Unidos), conseguiram obter, com um pouco de bioquímica e 115 genes, um ribossoma sintético viável em condições de laboratório. Por sua vez, Achim Muller, da universidade alemã de Bielefeld, fabricou uma membrana artificial a partir de uma macromolécula inorgânica: um agregado esférico de molibdato de polioxietileno.
A linha mais promissora
Todavia, a linha mais promissora é a que deriva de um projecto recentemente completado e em que participaram 13 grupos de investigação europeus: Programmable Artificial Cell Evolution (PACE). O objectivo era determinar as regras seguidas por qualquer ser vivo e, na posse delas, conceber uma criatura completamente distinta. “Não se parte de um genoma que já existe, mas de matéria inanimada, com recurso a sistemas químicos que não têm de ser forçosamente biológicos”, esclarece Ricard Solé, director do Laboratório de Sistemas Complexos da Universidade Pompeu Fabra (Barcelona) e um dos investigadores que participam no projecto. O seu grupo foi incumbido de elaborar os modelos teóricos que prevêem a dinâmica e a evolução das futuras protocélulas artificiais: os resultados mostram que é possível. Solé está convencido de que, dentro de pouco mais de uma década, teremos a primeira célula artificial.
Podemos imaginá-la como um nano-robô, a trabalhar à escala molecular, composto por três estruturas bioquímicas elementares: um tabique de contenção (a membrana que delimita o compartimento celular), um sistema de fabrico (o metabolismo) e um sistema capaz de armazenar informação. O problema não é conceber estes três componentes, mas conseguir que funcionem acoplados.
A empresa Protolife, associada à PACE e fundada em 2004 pelo pioneiro da teoria do caos Norman Packard e pelo filósofo Mark Bedau, espera fabricar o ente criado pelo seu sócio Steen Rasmussen, e já baptizado com o sugestivo nome de O Bicho. Bastará uma gotinha de gordura para desenvolver a molécula sintética da hereditariedade: o ANP, ou ácido nucleico peptídico, que desempenharia o papel de ADN. “Se queremos saber o que é a vida, nada como fabricá-la”, diz Rasmussen.
Claro que todas estas tentativas suscitam críticas e dão origem a acusações de estarem a “brincar a Deus” e às clássicas alusões a Frankenstein. Todavia, como recorda Arthur Caplan, director do Centro de Bioética da Universidade da Pensilvânia, “a dignidade da vida nunca esteve no seu mistério, mas na diversidade, complexidade e capacidade para se manifestar em todo o tipo de condições e circunstâncias”. Seguramente, se há algum mistério na criação de seres vivos, reside em saber se seremos capazes de o fazer.
Patentear a vida?
O britânico John Sulston, Prémio Nobel da Medicina, lançou um verdadeiro ataque mediático contra Craig Venter e o seu indisfarçável desejo de patentear todos os resultados que saem do seu laboratório. Sulston está sobretudo preocupado com a possibilidade de Venter registar comercialmente as técnicas utilizadas para fabricar a sua bactéria sintética, tendo afirmado: “Espero que muitas dessas patentes não sejam concedidas, pois isso deixaria toda a engenharia genética sob o controlo do J. Craig Venter Institute.”
Não é a primeira vez que os dois cientistas entram em rota de colisão. Há dez anos, lideravam equipas rivais na corrida para ler a sequência do genoma humano. Venter procurava patentear sequências particularmente utéis do genoma. A trabalhar no projecto para o consórcio público, Sulston criticou duramente a sua visão empresarial. Para desvalorizar comercialmente o trabalho do norte-americano, tornou públicos todos os seus dados. Após a algazarra mediática em ambos os lados do Atlântico, a empresa Celera, de Venter, renunciou aos seus direitos.
Um exemplo do perigo para o qual nos alerta é o da empresa Myriad Genetics. Há alguns anos, conseguiu obter os direitos sobre dois genes do cancro da mama, pelo que qualquer tratamento baseado neles devia pagar royalties à Myriad. Contudo, graças à acção de grupos de defesa dos direitos civis, essa parte das patentes foi retirada.
M.A.S.
SUPER 149 - Setembro 2010
