Biologia Sintética e o exemplo da RuBisCo
A RuBisCo é conhecida como a proteína mais importante e mais abundante da Terra, uma vez que praticamente toda a vida depende direta ou indiretamente dela. Esta proteína ocorre nas plantas superiores, nas plantas inferiores e numa grande variedade de bactérias fotossintetizantes. Os seres autotróficos utilizam a RuBisCo para produzir os compostos orgânicos energéticos que necessitam e os seres heterotróficos obtêm estes compostos dos autotróficos.
Em dezembro passado, um artigo muito interessante foi publicado na revista Science sobre a reconstituição RuBisCo funcional de planta em E. coli. Neste trabalho, os autores expressaram o complexo RuBisCo de planta ao coexpressar vários acompanhantes - uma tarefa árdua dada o tamanho e a complexidade do sistema. Esse avanço permitirá a pesquisa adicional sobre a enzima fixadora de carbono, facilitará os esforços de engenharia de proteínas e abrirá caminho para aplicações agrícolas.
Este trabalho trouxe à mente um estudo anterior da RuBisCo, onde a pequena subunidade cianobacteriana da enzima substituiu a nativa em plantas de tabaco, resultando em uma fixação de carbono mais rápida. Em ambos os trabalhos de biologia sintética, a enzima de interesse é a mesma, e o objetivo final é semelhante (fixação de carbono pelo engenheirada), embora a mentalidade seja bem diferente. O trabalho de reconstrução da RuBisCo é mais exploratório, concentrando-se na compreensão por síntese e não em potenciais aplicações.
Proteínas cianobacterianas em cloroplastos do Tabaco (Lin et al., 2017)
Biologia Sintética - SynBio
A noção de que a biologia sintética é uma disciplina aplicada é bastante difundida, pois os pesquisadores e a comunidade exclamam o potencial da "SynBio" para melhorar o cotidiano, enquanto o aspecto empreendedor está bem inserido em conferências, eventos e competições estudantis. No entanto, a biologia sintética não está confinada à pesquisa translacional, e algumas das realizações mais célebres do campo não têm aplicações diretas (por exemplo, o genoma bacteriano mínimo e o projeto de levedura sintética).
A fusão entre engenharia e biologia tem a promessa de construir sistemas sintéticos, genes e até mesmo organismos para esclarecer as grandes incógnitas da vida. Na longa definição de biologia sintética dada pela EBRC, a compreensão por síntese é mencionada. No roteiro de biologia sintética do Reino Unido publicado em 2012, a ciência e engenharia de base é um dos “temas” mencionados. A competição iGEM inclui uma faixa de avanço fundamental.
Como a biologia sintética é/pode ser incorporada à pesquisa básica?
O Dr. Stephane Lemaire, do CNRS, na França, um defensor fervoroso dos usos fundamentais da SynBio menciona:
“A SynBio oferece a possibilidade de entender por construção, em vez de desconstrução, e acho que os biólogos devem integrar a abordagem sintética em sua pesquisa básica. Síntese é um método de compreensão por construção usado por outras disciplinas, incluindo filosofia, química, matemática ... Com o progresso técnico dos últimos 40 anos, a biologia agora é capaz de construir para entender.”
O Dr. Lemaire apontou mais duas fontes. Na conhecida La Biologie Synthétique (1912), o químico francês Stéphane Leduc (1853-1939) escreveu:
“Como outras ciências, a biologia tem que ser sucessivamente descritiva, analítica e sintética. O uso exclusivo de observação e análise, excluindo o método sintético, é uma das causas que retardam o progresso da biologia.”
La Biologie Synthétique, 1912
Um outro importante comentário, é o de Yeh e Lim, onde discutem a ligação entre a síntese química e os avanços na compreensão das leis da química. As teorias de como os átomos interagem para formar moléculas, a natureza dos diferentes tipos de ligações, os modelos que simulam e explicam as reações químicas, tudo se tornou possível com a capacidade de gerar compostos sob demanda.
O mesmo acontecerá com a Biologia?
Dr. Lemaire é inflexível:
“A síntese permitirá que a biologia se torne a disciplina central do século XXI, uma vez que permitirá explorar novas fronteiras inacessíveis até agora. Essa mudança da biologia em direção à síntese será lenta, embora dramaticamente mais rápida que a química no século XIX. Isso impulsionará o aumento do entendimento fundamental em biologia, que é necessário para permitir que a biologia e a biotecnologia se tornem a próxima revolução industrial."
Embora o Dr. Lemaire afirme que há certos desafios:
“Esses conceitos só começaram a ser ensinados em universidades em todo o mundo, e os biólogos ainda não estão adotando essas abordagens. Muitos colegas ainda não estão cientes e às vezes relutantes em mudar suas práticas. Uso a SynBio para estudos fundamentais no meu grupo, embora o financiamento limitado e a falta de apoio institucional e político sejam os principais fatores limitantes. No entanto, tenho a sensação de que a situação está melhorando lentamente. Por exemplo, a importância da biologia sintética aplicada e fundamental aumentou drasticamente no atual programa de financiamento do Horizonte 2020.”
Este mapa semântico dos termos mais proeminentes usados na biologia sintética reflete a diversidade nos temas de pesquisa. Imagem de Raimbault, et al.
Uma das características mais atraentes da biologia sintética é a liberdade de “brincar” com as partes biológicas, pensar fora da caixa e usá-la para resolver o problema ou responder à questão de interesse. As ferramentas e o sistema não importam. Então, se você quer explorar circuitos genéticos para questões de pesquisa aplicada ou básica, você está se perguntando o que é um genoma, quer entender a evolução e abiogênese, ou quer determinar os elementos que determinam a expressão gênica, a biologia sintética tem algo a oferecer.
E não se esqueça: o potencial do CRISPR como uma ferramenta de edição de genes com uma variedade de aplicações foi descoberto quando um punhado de pessoas estava se perguntando qual seria a razão de ser desses elementos repetidos conservados entre tantos organismos.
