Cientistas do Reino Unido completaram um cromossomo sintético para o primeiro genoma de levedura sintética, marcando um grande avanço na biologia sintética com amplas implicações para a medicina, bioenergia e biotecnologia.
Uma equipe de cientistas do Reino Unido, incluindo especialistas renomados da Universidade de Nottingham e do Imperial College London, construiu com sucesso um cromossomo sintético. Esta conquista é um marco significativo numa importante iniciativa internacional que visa criar o primeiro genoma de levedura sintética do mundo.
A obra, publicada em Genômica Celular, representa a conclusão de um dos 16 cromossomas do genoma da levedura pela equipa do Reino Unido, que faz parte do maior projeto de sempre em biologia sintética; a colaboração internacional do genoma da levedura sintética.
A colaboração, conhecida como ‘Sc2.0’ tem sido um projeto de 15 anos envolvendo equipes de todo o mundo (Reino Unido, EUA, China, Cingapura, Reino Unido, França e Austrália), trabalhando juntas para fazer versões sintéticas de todas as leveduras cromossomos. Juntamente com este artigo, outras 9 publicações também são lançadas hoje por outras equipes descrevendo seus cromossomos sintéticos. A conclusão final do projecto genoma – o maior genoma sintético de sempre – está prevista para o próximo ano.
Progresso e Importância do Projeto
Este esforço é o primeiro a construir um genoma sintético de um eucarioto – um organismo vivo com núcleo, como animais, plantas e fungos. A levedura foi o organismo escolhido para o projeto por possuir um genoma relativamente compacto e a capacidade inata de costurar ADN juntos, permitindo que os pesquisadores construam cromossomos sintéticos dentro das células de levedura.
Os seres humanos têm uma longa história com levedura, tendo-a domesticado para panificação e fabricação de cerveja ao longo de milhares de anos e, mais recentemente, utilizando-a para produção química e como organismo modelo para o funcionamento das nossas próprias células. Esta relação significa que sabemos mais sobre a genética da levedura do que qualquer outro organismo. Esses fatores fizeram do fermento o candidato óbvio.
A equipe sediada no Reino Unido, liderada pelo Dr. Ben Blount do Universidade de Nottingham e o professor Tom Ellis em Colégio Imperial de Londres, relataram agora a conclusão de seu cromossomo, o cromossomo XI sintético. O projeto para construir o cromossomo levou 10 anos e a sequência de DNA construída consiste em cerca de 660 mil pares de bases – que são as “letras” que compõem o código do DNA.
O cromossomo sintético substituiu um dos cromossomos naturais de uma célula de levedura e, após um meticuloso processo de depuração, agora permite que a célula cresça com o mesmo nível de aptidão de uma célula natural. O genoma sintético não só ajudará os cientistas a compreender como funcionam os genomas, mas também terá muitas aplicações.
Em vez de ser uma cópia direta do genoma natural, o genoma sintético Sc2.0 foi projetado com novos recursos que conferem às células novas habilidades não encontradas na natureza. Uma dessas características permite aos investigadores forçar as células a embaralhar o seu conteúdo genético, criando milhões de versões diferentes das células com características diferentes. Os indivíduos podem então ser escolhidos com propriedades melhoradas para uma ampla gama de aplicações em medicina, bioenergia e biotecnologia. O processo é efetivamente uma forma de evolução supercarregada.
Aplicações e potencial futuro
A equipe também mostrou que seu cromossomo pode ser reaproveitado como um novo sistema para estudar DNAs circulares extracromossômicos (eccDNAs). Estes são círculos de ADN flutuantes que “saíram” do genoma e estão a ser cada vez mais reconhecidos como factores de envelhecimento e como causa do crescimento maligno e da resistência aos medicamentos quimioterapêuticos em muitos cancros, incluindo tumores cerebrais de glioblastoma.
Dr. Ben Blount, um dos principais cientistas do projeto, é professor assistente na Escola de Ciências da Vida da Universidade de Nottingham. Ele disse: “Os cromossomos sintéticos são enormes conquistas técnicas por si só, mas também abrirão uma enorme gama de novas habilidades sobre como estudamos e aplicamos a biologia. Isto pode variar desde a criação de novas estirpes microbianas para uma bioprodução mais ecológica até à ajuda na compreensão e combate às doenças.
“O projeto do genoma da levedura sintética é um exemplo fantástico de ciência em larga escala que foi alcançado por um grande grupo de pesquisadores de todo o mundo. Tem sido uma grande experiência fazer parte de um esforço tão monumental, onde todos os envolvidos lutaram pelo mesmo objetivo comum.”
O professor Tom Ellis, do Centro de Biologia Sintética e Departamento de Bioengenharia do Imperial College London, disse: “Ao construir um cromossomo redesenhado de telômero em telômero e mostrar que ele pode substituir perfeitamente um cromossomo natural, o trabalho de nossa equipe estabelece as bases para projetar e fazer cromossomos sintéticos e até genomas para organismos complexos como plantas e animais.”
Referência: “O design do cromossomo XI de levedura sintética fornece uma base de teste para o estudo da dinâmica circular extracromossômica do DNA” por Benjamin A. Blount, Xinyu Lu, Maureen RM Driessen, Dejana Jovicevic, Mateo I. Sanchez, Claudia Circot, Yu Zhao, Stephanie Lauer, 1999; Robert M. McKiernan, Glen-Oliver F. Gowers, Fiachra Sweeney, Viola Fanfani, Evgenii Lobzaev, Kim Palacios-Flores, Roy SK Walker, Andy Hesketh, Jitong Cai, Stephen G. Oliver, Yizhi Cai, Giovanni Stracquadanio e Tom Ellis, 9 de novembro de 2023, Genômica Celular.
DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100418
Além dos líderes do Nottingham e do Imperial College London a equipe do Reino Unido também inclui cientistas das universidades de Edimburgo Cambridge e Manchester no Reino Unido bem como da Universidade John Hopkins e Universidade de Nova York Langone Health nos EUA e Universidade Nacional Autônoma do México, Querétaro no México.
O trabalho foi financiado pelo BBSRC.
