Reescrevendo a natureza

Por definição, linguagem é a capacidade humana de aquisição e uso de sistemas complexos de comunicação. Línguas como o português, inglês e chinês são exemplos desses sistemas complexos. Toda língua compartilha uma característica importante que é a capacidade de ser codificado em sistemas secundários. O português, por exemplo, pode ser expresso e compreendido com o uso de estímulos visuais (escrita) ou táteis (braile).

Dado que existem mais de 6000 línguas no mundo inteiro (sem falar nos dialetos) é praticamente impossível que uma pessoa seja compreendida por todas as outras. Apesar das diferenças entre as línguas, existe uma que todos os seres humanos, ou melhor, todos os seres vivos entendem: a linguagem genética. O DNA é de todo mundo.

Seguindo essa ideia de linguagem, vamos tentar entender a genética através de um exemplo: um manual de instruções. Um grande manual composto por várias páginas com parágrafos, frases e palavras instruindo como nosso corpo deve se comportar. O nosso código genético é esse manual. Para simplificar as coisas, agora focaremos em uma frase apenas.

A grande maioria das frases é composta por um conjunto de componentes independentes, as palavras. Por sua vez, as palavras também são formadas por componentes individuais, as letras – que dependendo do seu arranja formam diversas palavras. Sendo assim, o conjunto de letras forma uma palavra e o conjunto de palavras forma uma frase.

No nosso DNA, as letras podem ser representadas pelos nucleotídeos básicos Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) e Timina (T) – no RNA (uma cópia do DNA) substitui-se a timina por Uracila (U). Durante os processos celulares de tradução, o conjunto de três nucleotídeos, chamado de códon, é “traduzido” em um tipo específico de aminoácido, o equivalente às palavras no nosso manual. Ou seja, o códon formado pelos três nucleotídeos ACG é “traduzido” no aminoácido treonina, enquanto que os mesmos nucleotídeos, mas em uma ordem diferente, CAG, formam o aminoácido glutamina.

Exemplo das combinações de nucleotídeos e os aminoácidos associados

Exemplo das combinações de nucleotídeos e os aminoácidos associados

Durante esse mesmo processo celular, vários aminoácidos são agrupados e dão origem a uma proteína. Da mesma maneira que os códons, os mesmo aminoácidos podem formar proteínas diferentes, tudo depende da sua ordenação. No nosso exemplo, as proteínas representam as frases.

Resumindo! Nucleotídeos = letras; aminoácidos = palavras; e proteínas = frases. Todos os seres vivos compartilham esse mesmo alfabeto e é por isso somos capazes de implantar genes de diferentes organismos em outros e mesmo assim obter proteínas normais.

Apesar do extremo reducionismo esse exemplo facilita a nossa compreensão de como os atuais geneticistas conseguem manipular o genoma de células humanas e não-humanas.

Tanto a ordenação quanto a posição de cada nucleotídeo (letra) e aminoácido (palavra) são importantes para que a proteína (frase) final seja funcional. A frase “Ela lê o Prisma Cientifico” não faz o menor sentido se escrita “Cientifico lê Prisma o ela”, muito menos “Ale êl o amsirP ocifitneiC”, correto? No nosso corpo é igual. Caso um nucleotídeo esteja fora do lugar, a proteína final não será construída da maneira correta e por isso não será funcional sendo então destruída. Para evitar esses erros nossas células têm uma série de mecanismos de checagem e autocorreção importantes.

Através da engenharia genética, os cientistas descobriram várias maneiras de manipular o manual de instrução celular. A manipulação, apesar de metodologicamente complexa, pode ser simplificada a dois processos: uma adição ou retirada de palavras do manual. A frase que usamos anteriormente poderia ser reescrita das seguintes maneiras: “Ela lê o blog Prisma Cientifico” (adição) ou “Ela lê o Prisma Cientifico” (retirada). A frase ainda mantem um sentido mesmo que ligeiramente diferente do original.

Alguns desses processos e de seus resultados já se fazem presentes no nosso dia a dia: empresas farmacêuticas implantam os genes humanos responsáveis pela produção de insulina em bactérias e essas produzem essa proteína que posteriormente é usada como medicamento; no âmbito mais científico, laboratórios fazem knock-out (retirada) de certos genes para observar como o organismo funciona sem alguma proteína. Mais recentemente cientistas desenvolveram uma técnica chamada optogenética (leia aqui e aqui) na qual implantam genes de canais iônicos responsivos a luz para estimular o funcionamento de neurônios específicos. Todos esses são exemplos de organismos geneticamente modificados (em inglês, genetically modified organisms, GMO).

Recentemente um grupo de cientistas de diversas instituições americanas publicou um trabalho na revista Science no qual eles criaram, pela primeira vez, um organismo geneticamente recodificado (em inglês, genetically recoded organisms, GRO). Diferente dos GMO, os organismos GRO não passam por um processo de adição ou retirada, mas sim de mudança. Retomando o nosso exemplo anterior, seria como mudar a frase “Ela lê o Prisma Cientifico” para “Eu leio o Prisma Cientifico”.

Biologicamente falando, os cientistas alteraram 321 dos 4,5 milhões de nucleotídeos do gene da bactéria Escherichia coli ou E. coli.

Escherichia coli, a bactéria mais pop que existe

Escherichia coli, a bactéria mais pop que existe.

Os cientistas observaram que as E. coli GRO eram mais resistentes a infecção viral, o que demonstra que a recodificação genética é capaz de alterar a fisiologia dos organismos. Além disso, os pesquisadores associaram a um códon específico – que antes sinalizava o fim do processo de tradução – um aminoácido totalmente sintético. Dessa maneira a E. coli GRO  passou a sintetizar proteínas com esse aminoácido. O resultado foi a criação de proteínas que não existem na natureza!

Ao mesmo tempo em que expande as fronteiras da engenharia genética, esse trabalho também “bota mais lenha na fogueira” do debate a respeito da segurança dos organismos que sofrem alterações genéticas. Em relação a essa última questão, os cientistas afirmam que como o aminoácido inserido não é natural outras células não são capazes de propagá-los. Seria como inserir uma palavra chinesa no meio do manual de instrução em português.

Apesar dessa preocupação, com a utilização da técnica desenvolvida, proteínas sintéticas ou semi-sintéticas poderão ser utilizadas para o desenvolvimento de terapias mais eficazes e precisas além de materiais e estruturas jamais imaginadas. Estamos cada dia mais perto de reescrever a natureza e moldá-la a fim de atender nossas necessidades. Espero que sejam necessidades mais altruístas do que egoístas.

Referências

Lajoie MJ et al. 2013 Genomically recoded organisms expand biological functions Science

Lajoie MJ et al. 2013 Probing the limits of genetic recoding in essential genes Science

4 respostas em “Reescrevendo a natureza

  1. Pingback: As sete maiores descobertas científicas de 2014 | Prisma Científico

  2. Pingback: Reescrevendo a natureza | Biologia na Web

  3. Dá pra comparar com música também: 20 aminoácidos, 12 notas. Nos dois casos, as possibilidades de combinações são infinitas, mas se você juntar aminoácidos ou notas ao acaso, nunca vai sair nem proteína nem música que funcionem. (Vocês encontraram um apaixonado por estrutura de proteínas, mas parei, não vou monopolizar os comentários!)

  4. Bem legal esse post, simples e eficaz (ou seja, deve ter dado muito trabalho pra escrever). Minha sugestão pros curiosos sobre o código genético: os genes bicistrônicos: há genes que codificam para uma proteína em um sentido de leitura, e para uma segunda proteína no sentido oposto. É como se a gente pudesse ler um parágrafo inteiro sem erros de ortografia nem de gramática, mas com significados completamente distintos, dependendo do sentido da leitura (esquerda-direita ou direita-esquerda). Eles aparecem em insetos e protozoários (talvez em outros organismos também)

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