SpudCell: a célula sintética de Kate Adamala construída do zero

Pela primeira vez, um grupo de cientistas afirma ter montado uma célula inteiramente a partir de ingredientes químicos não vivos - capaz de se alimentar, crescer e se replicar.

O feito é visto como um marco importante para a biologia sintética. Se a estratégia se confirmar, ela pode, no futuro, permitir que pesquisadores projetem sistemas vivos do zero.

Em tese, esses sistemas poderiam produzir medicamentos, capturar carbono, fabricar compostos químicos e até ajudar a esclarecer como a vida surgiu na Terra.

O trabalho foi liderado por Kate Adamala, bióloga sintética e professora da Universidade de Minnesota, que coordenou a montagem dessa célula componente por componente.

O protótipo ainda é delicado e tem capacidades limitadas, e o estudo ainda não passou por revisão por pares. Mesmo assim, especialistas consideram que se trata de um passo relevante rumo a células desenhadas inteiramente por humanos.

Construindo uma célula do zero

Segundo os pesquisadores, eles conseguem explicar cada elemento do sistema: quais são os químicos e moléculas presentes e quais as concentrações exatas.

Esse grau de precisão é justamente o que torna o sistema passível de engenharia desde o início.

Isso também diferencia a SpudCell da biologia natural. Células vivas evoluíram ao longo de bilhões de anos, acumulando camadas de complexidade que a ciência ainda não compreende por completo.

Ao montar uma célula do chão para cima, os pesquisadores sabem exatamente o que foi colocado ali.

Assim, dá para acompanhar por que ela se comporta como se comporta - em vez de tentar fazer engenharia reversa de uma célula que a natureza construiu ao longo de bilhões de anos.

Essa transparência é o principal trunfo do projeto. Ela torna ajustes, redesenhos e, no futuro, a ampliação do sistema muito mais viáveis do que depender de tentativa e erro.

Décadas de bioengenharia

Modificar células naturais para fins humanos não é novidade. Há décadas, cientistas as alteram para obter benefícios - o exemplo mais conhecido é a inserção de genes humanos de insulina em bactérias E. coli para produzir insulina usada no tratamento do diabetes.

As células sintéticas são a próxima fronteira. Por serem construídas do zero, em vez de “emprestadas” da natureza, elas podem abrir caminho, com o tempo, para novos tratamentos contra o cancro, captura de carbono mais eficiente e novas rotas para fabricar substâncias químicas.

Ainda assim, células continuam a ser extremamente complexas. O corpo humano tem cerca de 37 trilhões delas, e pesquisadores ainda não entendem completamente como cada tipo funciona.

É por isso que uma célula totalmente sintética tem peso científico: ela oferece uma folha em branco, em vez de um sistema biológico moldado por bilhões de anos de evolução.

Um grande passo rumo à criação da vida

Yuval Elani, professor associado de tecnologias bioquímicas no Imperial College London, não participou do estudo.

Elani fez questão de traçar uma linha clara: isto não é “vida criada em laboratório”, mas é, sim, um marco real no caminho para responder a essa questão.

Ele observou que construir uma célula do zero liberta os pesquisadores das limitações e da “bagagem evolutiva” incorporadas à biologia natural.

Isso pode abrir espaço para desenhar sistemas programáveis para fazer coisas que células naturais não fazem com facilidade - ou simplesmente não fazem.

Assim, o trabalho representa um avanço concreto no esforço, de longa data, de determinar se a química pode ser organizada de forma convincente a ponto de as pessoas passarem a chamar isso de vida.

A biologia sintética, vale notar, é diferente da pesquisa com células estaminais, que envolve reprogramar e manipular células já provenientes de fontes biológicas, em vez de construí-las a partir de partes não vivas.

Essa distinção é importante, porque as duas áreas levantam questões científicas e éticas muito diferentes.

A visão por trás da SpudCell

Adamala batizou a criação de SpudCell, em parte como brincadeira - ela não queria que recebesse o seu próprio nome - e em parte como referência ao Sputnik, o satélite que deu início à era espacial nos anos 1950.

Ela descreveu a ambição do projecto como o lançamento de uma verdadeira bioeconomia: um cenário em que fazer engenharia da biologia se torne amplamente acessível, como a engenharia de software já é.

O nome é leve, mas a meta é séria. Adamala e os colaboradores veem essa célula como uma base sobre a qual outros cientistas possam, no futuro, construir, comparar, testar e modificar - e não como uma curiosidade isolada.

Isso ajuda a explicar por que a ciência subjacente está a ser divulgada publicamente mesmo antes de uma revisão formal por pares.

Segundo ela, colocar o desenho nas mãos de outros investigadores mais cedo pode ser mais importante, neste momento, do que aguardar cada formalidade - sobretudo se a intenção é ter toda uma comunidade científica a trabalhar sobre a mesma fundação.

Pequena, lenta e simples

A SpudCell é composta por entre 150 e 200 moléculas. Ela consegue se alimentar, crescer e se replicar por cerca de cinco gerações. Ainda assim, é muito mais simples do que uma célula natural, que abriga milhões ou mesmo bilhões de moléculas.

Adamala descreveu-a como um “organismo incrivelmente fracote”, que por enquanto faz pouco além de comer e, de vez em quando, gerar uma célula-filha.

Cada geração precisa ser alimentada e leva cerca de 12 horas para se replicar a 30°C, enquanto a E. coli se divide aproximadamente a cada 30 minutos. O genoma também é extremamente enxuto: cerca de 90,000 pares de base, contra 4.6 milhões na E. coli.

A comparação deixa claro o quão minimalista é essa célula. O objectivo não foi competir com a vida natural. Ela foi construída como uma prova de conceito, no essencial, para que seja possível entender com precisão o que acontece dentro do sistema em cada etapa.

Diferente das células naturais

Embora a SpudCell se replique de um modo que lembra o de uma célula, ela faz isso de forma distinta da natureza. Células naturais dependem de um citoesqueleto, uma estrutura de sustentação que a SpudCell simplesmente não possui.

No lugar disso, proteínas vão-se acumulando na membrana até que esse acúmulo força a célula a se separar. A SpudCell também não consegue produzir os seus próprios ribossomas, os componentes que fabricam proteínas; por isso, depende de ribossomas obtidos de E. coli e fornecidos durante a alimentação.

Adamala apresentou isso como um ponto de partida e descreveu a SpudCell como um chassi a partir do qual a equipa pretende expandir o sistema, agora que existe uma base funcional para crescer.

Elani concordou que a célula não replica a biologia de forma exacta e argumentou que isso não é necessariamente um defeito.

Alguns comportamentos semelhantes aos da vida surgem por mecanismos bem diferentes de qualquer coisa encontrada na natureza - e isso importa porque a biologia sintética nem sempre se propõe a imitar a vida. Em alguns casos, trata-se de achar um caminho completamente diferente para chegar ao mesmo resultado.

Um passo em direção à evolução

Um resultado notável foi mostrar que a SpudCell reage à pressão de seleção, o processo básico que determina quais características se tornam mais ou menos comuns ao longo do tempo.

Quando os pesquisadores aumentaram a produção de uma proteína de crescimento, essas células passaram a crescer e a dividir-se mais depressa do que as que não receberam a alteração.

Como a mudança foi introduzida de propósito, a equipa evita afirmar que a SpudCell consiga evoluir por conta própria.

Seleção a actuar sobre um traço projectado não é o mesmo que uma população gerar, sozinha, novas variações ao longo de gerações - o que caracteriza a evolução no sentido pleno.

O que foi demonstrado é que a célula consegue responder a pressão de forma biologicamente relevante, um passo necessário, ainda que isso não seja evolução em toda a extensão do termo.

A SpudCell está viva?

Drew Endy, professor associado de bioengenharia na Universidade de Stanford, não participou da pesquisa de Adamala, mas cofundou com ela a Biotic. Ele também foi cuidadoso ao rotular a SpudCell como viva.

Para Endy, a ciência ainda não entende completamente o que é a vida. E também está longe de ter controlo total sobre a matéria. Na visão dele, Adamala construiu uma célula - não criou vida.

Ele comparou a situação à física: cientistas ainda não compreendem totalmente a gravidade, mas engenheiros constroem pontes todos os dias.

Endy também disse que, na forma actual, a SpudCell não representa risco de biossegurança. Ela só se divide quando recebe tudo o que precisa, incluindo ribossomas, e não consegue se reproduzir fora desse esquema rigorosamente controlado.

Ele reconheceu, porém, que um futuro em que muito mais pessoas possam construir células sintéticas vai trazer questões importantes de segurança e protecção.

Esses temas vão exigir supervisão cuidadosa, mesmo que a versão de hoje seja inofensiva, observou Endy.

Salvaguardas desde o começo

Adamala e Endy afirmaram que o desenho “de baixo para cima” da SpudCell permite incorporar salvaguardas e mecanismos de falha segura directamente no genoma.

Isso poderia diminuir o risco caso uma célula sintética viesse a ser libertada fora do laboratório.

Eles também destacaram que alguém com intenção maliciosa teria formas muito mais simples de criar um patógeno perigoso do que construir uma célula sintética do zero.

Em paralelo, cientistas têm levantado preocupações sobre as chamadas bactérias-espelho, organismos sintéticos feitos com estruturas moleculares que são imagens espelhadas das que existem na natureza.

Como sistemas vivos não reconhecem essas moléculas “invertidas”, células-espelho poderiam, em teoria, representar riscos para humanos, animais e plantas.

Essas preocupações não se aplicam à SpudCell. Ainda assim, elas reflectem o escrutínio crescente que a área de células sintéticas enfrenta à medida que a tecnologia avança.

Abertura de uma nova era na biologia sintética

Adamala cofundou a Biotic, uma instituição de benefício público, com Endy, o cientista Jan Jedryszek e o empreendedor de biotecnologia Chris Raggio.

Por meio da Biotic, a equipa pretende licenciar a tecnologia e transformar a SpudCell num padrão global partilhado para a biologia de células sintéticas.

Laurie Zoloth, professora de religião e ética na Universidade de Chicago, disse que uma instituição como a Biotic pode ajudar a enfrentar as questões éticas associadas a novas tecnologias.

Segundo Zoloth, as perguntas centrais são: quem se beneficia, quem decide como a tecnologia será usada e quem define as salvaguardas.

Ela acrescentou que só o tempo mostrará se o projecto permanecerá fiel à visão que o originou.

Um preprint do estudo pode ser encontrado aqui.