Os cientistas dizem que criaram pela primeira vez uma célula do zero que pode se alimentar, crescer e se replicar como uma célula natural. Este avanço na biologia sintética pode inaugurar uma era de organismos feitos sob encomenda Que funciona como uma máquina viva.
Kate Adamla, bióloga sintética e professora da Universidade de Minnesota, e sua equipe criaram a célula fragmentada a partir de componentes químicos vivos. A criação é um protótipo limitado e frágil, mas poderia ajudar os cientistas a compreender melhor as origens da vida e poderia ser potencialmente programada para aliviar os maiores problemas biológicos do mundo. A célula é indeterminada – nem vegetal nem animal – mas se assemelha mais a uma simples bactéria.
“Conheço a lista completa dos componentes da célula, sei exatamente quais produtos químicos, quais moléculas e em que concentração”, disse ele. “Está completamente definido, o que significa que podemos projetá-lo.”
Os cientistas desenvolveram células naturais para resolver problemas humanos durante décadas. ouUm exemplo famoso é como inserir o gene da insulina humana Células da bactéria E. coli produzem insulina e tratamento de diabetes. Os cientistas argumentam que as células sintéticas são a próxima fronteira; Eles poderiam potencialmente levar a novos tratamentos contra o câncer e ao desenvolvimento de novas formas de capturar carbono ou produzir produtos químicos.
As células são os blocos básicos de construção da vida. Mas eles estão longe de ser simples. corpo humano Existem 37 trilhões de células, Há mais do que o número de estrelas no céu, e os cientistas ainda não sabem como funciona cada tipo de célula diferente ou o que exatamente elas contêm.
A célula sintética que Adamla e seus colegas criaram não é “vida criada em laboratório”, mas “um verdadeiro marco no caminho para essa questão”, disse Yuval Elani, professor associado. em Tecnologia Bioquímica no Imperial College London, que não esteve envolvido no trabalho.
“Construir uma célula do zero significa que você não está mais preso a restrições biológicas naturais e à bagagem evolutiva. Isso abre a possibilidade de projetar sistemas e programá-los para fazer coisas que as células vivas não conseguem fazer facilmente ou de forma alguma”, disse Elani.
“Na minha opinião, este é um verdadeiro avanço no esforço de longa data para questionar se a química pode ser tão fortemente organizada a ponto de começarmos a chamá-la de vida.”
O campo da biologia sintética é diferente Pesquisa com células-tronco Onde os cientistas reprogramam e manipulam células existentes obtidas de recursos biológicos.
Adamala chamou sua criação de “Spudcell”, em parte como uma piada porque ele não queria dar seu próprio nome. É uma brincadeira com o Sputnik, o satélite russo que lançou a era espacial na década de 1950.
“Esperamos estar realmente inaugurando uma era real da bioeconomia, possibilitando uma tecnologia que permitirá às pessoas projetar a biologia”, disse ele.
Na quarta-feira, Adamala e seus colegas tornaram público artigo científico Detalhes de como o SpudCell funciona, entretanto, não foram publicados em revistas científicas revisadas por pares. Disse que Adamala será submetido para publicação Esta semana, juntamente com outros dois cientistas, Drew Endy e Jan Jedriszek, e o empresário de biotecnologia Chris Raggio, Adamla fundou a Biotic, uma empresa de benefícios públicos que espera aumentar as capacidades das células sintéticas, disponibilizando-as a outros investigadores.
Composta por 150 a 200 moléculas, a spudcell se alimenta, cresce e se replica por cerca de cinco gerações, segundo Adamala. É muito menos complexo do que uma célula biológica que não contém milhões, senão milhares de milhões, de moléculas.
Adamla descreve a spudcell como “um organismo incrivelmente inquieto que basicamente não faz nada no momento, exceto comer e ocasionalmente produzir uma célula filha”. Cada geração requer alimentação e leva cerca de 12 horas para replicar a 30 °C (86 °F). Em comparação, a E. coli se divide a cada 30 minutos.
O genoma da célula sintética é muito menor que o de uma célula natural, contendo 90.000 pares de bases. (E. coli tem 4,6 milhões de pares de bases no seu genoma.) Embora possa replicar-se como uma célula natural, a célula sintética emprega um mecanismo diferente. Uma célula natural usa um citoesqueleto, uma estrutura estrutural que falta às spudcells. As células artificiais, por outro lado, produzem proteínas que aglomeram a membrana, forçando-a a se dividir.
A spudcell também é incapaz de produzir seus próprios ribossomos, um núcleo celular natural que produz proteínas. Em vez disso, utiliza ribossomos de E. coli que são fornecidos pela alimentação.
“Este é apenas o começo”, disse Adamala. “É um chassi que esperamos construir, e isso é significativo, porque agora podemos ter uma ideia razoável de como construí-lo.”
Elani disse que a célula sintética não imita exatamente uma célula natural – mas não imita Necessariamente um erro “Alguns dos comportamentos semelhantes aos da vida são alcançados por processos diferentes daqueles usados na biologia”, disse ele por e-mail. “Isso é importante porque a biologia sintética nem sempre é uma questão de imitação. Às vezes, ela nos permite fazer as coisas de maneira diferente e tomar atalhos”.
Outros cientistas não envolvidos na pesquisa descreveram o trabalho como um avanço emocionante. A spudcell “está na linha entre uma pilha de produtos químicos e uma célula que ocorre naturalmente na natureza”, disse Elizabeth Strychalsky, líder do grupo Nacional de Engenharia Celular do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA. Ele chamou a pesquisa de “importante e impressionante”, dizendo que seria “extremamente útil”.
Tom Ellis, professor de engenharia do genoma sintético no Imperial College London, descreveu a célula como “provavelmente o maior avanço no campo das células sintéticas nos últimos tempos”.
“Criar uma célula sintética nos ajuda a entender os requisitos mínimos exatos para a vida e como a vida pode surgir da química – é ótimo tentar entender”, disse Ellis por e-mail.
Chenli Liu, um ilustre professor do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen e diretor fundador do Laboratório Estatal Chave para Biologia Sintética Quantitativa da China, disse que a pesquisa com células artificiais é um campo excitante e em rápido desenvolvimento, mas que uma avaliação significativa do trabalho não foi possível antes de sua visão pública.
Uma conquista fundamental do seu trabalho, disseram os investigadores, é que as células sintéticas estão sujeitas às forças de seleção, o processo pelo qual certas características se tornam mais ou menos comuns. Quando introduzem uma alteração genética que aumenta a produção de uma proteína de crescimento, as células que a transportam crescem e dividem-se mais rapidamente. No entanto, como esta alteração foi introduzida no sistema em vez de surgir como uma mutação genética espontânea, não se pode dizer que a spudcell tenha “evoluído”.
Andy, professor associado de bioengenharia na Universidade de Stanford, diz que as spudcells não podem realmente ser consideradas vida. Andy Adamler não esteve envolvido na pesquisa, mas é cofundador da Biotic.
“Não entendemos completamente a vida – longe disso. Não temos a capacidade onipotente de manipular a matéria para fazer coisas. Eu diria que Kate fez uma célula. Não acho que ela fez a vida”, disse Andy, acrescentando que os físicos ainda não entendem completamente o mistério da gravidade, os engenheiros ainda não conseguem construir pontes.
Na sua forma actual, disse ele, a spudcell não representa qualquer risco de biossegurança e não poderia, por exemplo, ser utilizada para fabricar uma arma biológica. “Ele só pode se dividir se você alimentar tudo com ribossomos. Ele não tem capacidade de se reproduzir fora desse contexto”, acrescenta.
“Mas isso promete um futuro onde mais pessoas serão capazes de fabricar células? Sim. Existem possíveis preocupações de segurança em relação a isso? Sim. Precisamos gerenciá-las bem? Sim”, disse ele.
Adamla e Endy observaram que, como as spudcells podem ser projetadas desde o início, seria possível projetar proteção e segurança contra falhas no genoma da célula, o que evitaria que a célula criasse riscos de segurança quando liberada no meio ambiente. Além disso, disseram eles, existem maneiras muito mais fáceis para os malfeitores criarem um organismo patogênico
Os cientistas também alertaram sobre isso Possível formação de bactérias espelho — Organismos artificiais nos quais a estrutura molecular encontrada na natureza é invertida. Um espelho substituiria as moléculas celulares por versões espelhadas que poderiam expor humanos, animais e plantas a patógenos perigosos.
Através da Biotic, que licenciará a tecnologia principal, Andy e Adamala dizem que esperam que o SpudCell se torne um padrão global compartilhado para biologia celular sintética, agindo como um sistema operacional de código aberto, por exemplo. Linux.
Laurie Zoloth, professora de religião e ética na Universidade de Chicago, disse que o estabelecimento da biótica poderia ajudar a resolver algumas das questões éticas que surgem quando novas tecnologias são introduzidas: quem beneficia? Quem decide seu uso? Quem coloca os guarda-corpos no lugar?
“Teremos que ver como isso se comporta em sua primeira forma idealista”, disse Zolloth. “Espero que sim.”
Ellis, do Imperial College London, disse que uma estrutura padrão, compartilhável e de código aberto ajudaria os cientistas a desenvolver o trabalho uns dos outros mais rapidamente. “No entanto, não tenho certeza de que essa papelada seja algo que todas as outras pessoas no mundo queiram deixar para trás”, disse ele.
“Uma célula sintética é um objetivo comum para muitos grupos ao redor do mundo, mas a forma como eles abordam isso e como definem o sucesso são muito diferentes”.
Admala disse gol Para manter a tecnologia Spudcell original aberta a qualquer pessoa que queira trabalhar nela, acadêmicos ou organizações sem fins lucrativos poderão usá-la gratuitamente. Embora haja uma taxa de licenciamento para uso comercial.
“Neste momento, o Spudcell não pode fazer nada de útil, não é eficiente o suficiente”, disse ele.
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