Cientistas afirmam ter construído uma célula do zero pela primeira vez

Cientistas afirmam ter construído, pela primeira vez do zero, uma célula capaz de se alimentar, crescer e se replicar como uma célula natural. Essa descoberta revolucionária na biologia sintética pode inaugurar uma era de organismos feitos sob medida que funcionam como máquinas vivas.

Kate Adamala, bióloga sintética e professora da Universidade de Minnesota, e sua equipe construíram a célula peça por peça a partir de componentes químicos não vivos. A criação é um protótipo limitado e frágil, mas pode ajudar os cientistas a entender melhor as origens da vida e, potencialmente, ser programada para ajudar a mitigar alguns dos maiores problemas biológicos do mundo. A célula não é específica — não é vegetal nem animal — mas se assemelha mais a uma bactéria simples.

“Eu conheço a lista completa de ingredientes da célula, sei exatamente quais substâncias químicas, quais moléculas e em quais concentrações”, disse ela. “Está totalmente definida, o que significa que podemos modificá-la geneticamente.”

Há décadas, cientistas vêm bioengenheirando células naturais para solucionar problemas humanos. Um exemplo famoso é a inserção de genes da insulina humana em células bacterianas da bactéria E. coli para produzir insulina e tratar o diabetes. Cientistas argumentam que as células sintéticas representam a próxima fronteira; elas têm o potencial de levar ao desenvolvimento de novos tratamentos contra o câncer e a novas formas de capturar carbono ou produzir substâncias químicas. 

As células são os blocos de construção fundamentais da vida, mas estão longe de ser simples. O corpo humano possui 37 trilhões de células, mais do que o número de estrelas no céu, e os cientistas ainda não sabem como cada tipo de célula funciona ou o que exatamente elas contêm.

A célula sintética que Adamala e seus colegas construíram não era “vida criada em laboratório”, mas um “verdadeiro marco no caminho para responder a essa pergunta”, disse Yuval Elani, professor associado de tecnologias bioquímicas do Imperial College London, que não participou do estudo.

“Construir uma célula do zero significa que você não está mais preso às limitações e ao legado evolutivo da biologia natural. Isso abre a possibilidade de projetar sistemas e programá-los para fazer coisas que as células vivas podem não fazer facilmente, ou podem não fazer de jeito nenhum”, disse Elani.

“Na minha opinião, este é um verdadeiro avanço no esforço de longa data para questionar se a química pode ser organizada de forma tão convincente que possamos começar a chamá-la de vida.”

O campo da biologia sintética é distinto da pesquisa com células-tronco, na qual os cientistas reprogramam e manipulam células existentes derivadas de recursos biológicos.

‘Um organismo incrivelmente fraco’

Adamala batizou sua criação de “SpudCell”, em parte como uma brincadeira, pois não queria que levasse seu próprio nome. É também um trocadilho com Sputnik, o satélite russo que inaugurou a era espacial na década de 1950.

O genoma da célula sintética é muito menor do que o de uma célula natural, com 90.000 pares de bases. (O genoma da E. coli tem 4,6 milhões de pares de bases.) Embora possa se replicar como uma célula natural, a célula sintética utiliza um mecanismo diferente. Uma célula natural usa um citoesqueleto, uma estrutura que a SpudCell não possui. A célula sintética, por outro lado, produz proteínas que se aglomeram na membrana, forçando-a a se dividir.

A SpudCell também é incapaz de produzir seus próprios ribossomos, componentes essenciais de uma célula natural que sintetizam proteínas. Em vez disso, utiliza ribossomos da bactéria E. coli, fornecidos através da alimentação.

“É apenas o começo”, disse Adamala. “É uma base que esperamos desenvolver, e isso é significativo, porque agora podemos ter uma ideia razoável de como construir em cima dela.”

Elani afirmou que a célula sintética não imita exatamente uma célula natural — mas isso não é necessariamente uma falha. “Alguns desses comportamentos semelhantes aos da vida são alcançados por mecanismos bastante diferentes daqueles usados ​​na biologia”, disse ele por e-mail. “Isso é importante, porque a biologia sintética nem sempre se trata de imitação. Às vezes, ela nos permite fazer as coisas de maneira diferente e usar atalhos.”

Outros cientistas não envolvidos na pesquisa descreveram o trabalho como um avanço empolgante. A SpudCell fica na fronteira entre um “aglomerado de substâncias químicas e uma célula que evoluiu naturalmente na natureza”, disse Elizabeth Strychalski, líder de grupo no Grupo Nacional de Engenharia Celular do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA. Ela classificou a pesquisa como “importante e impressionante”, afirmando que seria “extremamente útil”.

Tom Ellis, professor de engenharia genômica sintética no Imperial College London, descreveu a célula como “provavelmente o maior avanço dos últimos tempos no campo das células sintéticas”.

“Criar uma célula sintética nos ajuda a entender os requisitos mínimos exatos para a vida e como a vida pode ter surgido da química — é algo fascinante de se tentar compreender”, disse Ellis por e-mail.

Chenli Liu, um distinto professor dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen e diretor fundador do Laboratório Estatal de Biologia Sintética Quantitativa da China, afirmou que a pesquisa em células sintéticas é um campo empolgante e em rápida evolução, mas que não é possível fazer uma avaliação significativa do trabalho antes de sua publicação em um periódico científico revisado por pares.

É a vida? 

Uma das principais conquistas do trabalho, segundo os pesquisadores, foi demonstrar que as células sintéticas estão sujeitas às forças da seleção natural, o processo pelo qual certas características se tornam mais ou menos comuns. Quando introduziram uma alteração genética que aumentou a produção de uma proteína de crescimento, as células que a continham cresceram e se dividiram mais rapidamente. No entanto, como essa alteração foi introduzida no sistema em vez de surgir como uma mutação genética espontânea, não se pode dizer que a SpudCell “evoluiu”.

A SpudCell também não pode ser considerada vida, disse Endy, professor associado de bioengenharia da Universidade Stanford. Endy não participou da pesquisa de Adamala, mas é cofundador da Biotic.

“Não compreendemos totalmente a vida — longe disso. Não temos uma capacidade onipotente de manipular a matéria para criar coisas. Eu diria que Kate construiu uma célula. Não acho que ela tenha criado vida”, disse Endy, observando que, embora os físicos ainda não compreendam completamente os mistérios da gravidade, os engenheiros podem, mesmo assim, construir pontes.

Em sua forma atual, disse ele, a SpudCell não apresenta nenhum risco à biossegurança e não poderia, por exemplo, ser usada para fabricar uma arma biológica. “Ela só consegue se dividir se você fornecer tudo o que precisa, incluindo ribossomos. Ela não tem nenhuma capacidade de se reproduzir fora desse contexto”, acrescentou.

“No entanto, isso promete um futuro onde mais pessoas poderão construir células? Sim. Existem potenciais preocupações de segurança relacionadas a isso? Sim. Precisamos gerenciá-las bem? Sim”, disse ele.

Adamala e Endy observaram que, como a SpudCell pode ser construída de baixo para cima, será possível projetar salvaguardas e mecanismos de segurança no genoma da célula que impediriam que ela representasse riscos à segurança se liberada no ambiente. Além disso, disseram eles, existem maneiras muito mais fáceis para agentes mal-intencionados criarem um organismo patogênico.

Cientistas também alertaram sobre a potencial criação de bactérias-espelho — organismos sintéticos nos quais a estrutura molecular encontrada na natureza é invertida. As moléculas em uma célula-espelho seriam substituídas por versões idênticas, o que poderia expor humanos, animais e plantas ao risco de contaminação por patógenos perigosos.

Por meio da Biotic, que licenciará a tecnologia principal, Endy e Adamala disseram esperar que o SpudCell se torne um padrão global compartilhado para a biologia celular sintética, funcionando como um sistema operacional de código aberto como o Linux .

Laurie Zoloth, professora de religião e ética na Universidade de Chicago, afirmou que a criação da Biotic pode ajudar a abordar algumas das questões éticas que surgem quando novas tecnologias são introduzidas: Quem se beneficia com ela? Quem decide seu uso? Quem estabelece as diretrizes?

“Teremos que ver como isso se mantém em sua forma inicial, idealizada”, disse Zoloth. “Espero que sim.”

Ellis, do Imperial College London, afirmou que uma estrutura padrão, compartilhável e de código aberto ajudaria os cientistas a desenvolverem o trabalho uns dos outros mais rapidamente. “No entanto, não tenho certeza se o trabalho apresentado neste artigo é algo que todos no mundo queiram seguir”, disse ele.

“Uma célula sintética é um objetivo comum para muitas equipes ao redor do mundo, mas a forma como elas abordam esse desafio e como definem o sucesso é muito diferente.”

Adamala afirmou que o objetivo é manter a tecnologia principal da SpudCell aberta a qualquer pessoa que queira trabalhar nela, acrescentando que acadêmicos ou organizações sem fins lucrativos poderão usá-la gratuitamente, enquanto haverá taxas de licenciamento para uso comercial.

“No momento, a SpudCell não consegue produzir nada útil, não é eficiente o suficiente”, disse ela. “O que me entusiasma é que estamos reunindo a comunidade internacional para acelerar o desenvolvimento e torná-la útil.”