Genoma humano sintético: por que é importante

É como o material da ficção científica.

Inicialize o seu computador. Escolha os traços que você deseja - talvez olhos castanhos ou habilidades musicais ou resistência ao câncer.

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E pressione Iniciar.

Uma máquina no seu laboratório começa a juntar os blocos químicos de construção do DNA.

No final, você terá todo o código genético - ou genoma - necessário para criar um humano projetado para suas especificações exatas.

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Este cenário não é possível agora, mas um grupo de cientistas espera torná-lo realidade - ou pelo menos tecnicamente viável - dentro de 10 anos.

Alguns críticos estão preocupados com esta tecnologia poderia levar a criadores de bebês ou superhumanos genéticos.

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Mas o grupo de pesquisadores diz que seus planos são menos fantásticos, embora apenas mudando o jogo para o campo da engenharia genética.

Leia mais: o que é a genômica? »

Escrevendo o Genoma Humano Mais barato

O genoma humano é composto por quatro subunidades químicas - nucleotídeos - que formam o código genético de nosso DNA e genes.

A ordem específica dos nucleotídeos determina a aparência e o funcionamento de nossos corpos - embora as condições ambientais também tenham efeito.

As variações no código genético podem levar a doenças como doença de Tay-Sachs, fibrose cística e até mesmo cegueira de cor. Modificar essas partes do genoma poderia curar essas doenças.

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Os cientistas já têm a capacidade de sintetizar, ou "escrever", segmentos de DNA dos nucleotídeos.

Isso foi feito com bactérias, vírus e fermento. E ainda mais pequenos pedaços de DNA humano.

Mas não é suficientemente rápido ou barato o suficiente para sintetizar os 3 bilhões de pares de bases que compõem todo o genoma humano.

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Os pesquisadores esperam que o novo projeto forneça o mesmo tipo de impulso tecnológico ao DNA "escrito" que o Projeto Genoma Humano fez para "ler" nossa estrutura genética.

"O principal objetivo do HGP-write é reduzir os custos de engenharia e testar genomas grandes (0,1 a 100 bilhões de pares de bases) em linhas celulares em mais de 1 000 vezes em 10 anos", escreveu o grupo. 2 de junho na revista Science.

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Isso incluiria não apenas o genoma humano, mas também outros organismos importantes para agricultura, saúde pública e aplicações médicas.

Leia mais: os cientistas podem agora editar sua letra do genoma uma por vez »

Desafios para fazê-la funcionar

Um dos desafios de fazer o projeto funcionar é obter o genoma completo, ou parte do genoma, em uma célula hospedeira. Este hospedeiro pode ser uma célula de mamífero ou outro organismo como a bactéria E.coli.

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Construir um genoma a partir do zero também é muito diferente de modificar um genoma existente - algo que pode ser feito agora com tecnologias como CRISPR / Cas9.

Os cientistas precisarão projetar o genoma para que ele mantenha a célula funcionando normalmente. Isso pode ser auxiliado pelo uso de software de computador. Um dos principais players do projeto é a empresa de software Autodesk.

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Mas, mais importante, exigirá uma maior compreensão do que cada parte do genoma faz, e os cientistas estão apenas começando a coçar a superfície.

O grupo espera, porém, que uma abordagem de "aprendizagem por construção" os ajudará a progredir nessa área.

"Você conhece todas as peças necessárias [para fazer um cromossomo], então você pegue essas peças e reconstruí-la. Se é funcional, você vê que estava certo ", disse Torsten Waldminghaus, Ph. D., um microbiologista sintético do Centro LOEWE para Microbiologia Sintética na Alemanha, que não está envolvido no projeto, disse às notícias da Science.

Como aconteceu com o primeiro Projeto Genoma Humano, novas tecnologias terão de ser desenvolvidas ao longo do caminho para acelerar o processo de escrita. E para torná-lo mais barato.

Os pesquisadores começariam escrevendo pequenos segmentos do genoma e trabalhando em peças mais longas. Isso acabará por ter benefícios derivados.

"Os produtos tangíveis podem ser lentos a seguir, mas escrever DNA de forma mais barata e em grande escala tornará os pesquisadores mais eficientes e abrangentes em seus trabalhos, levando a um potencial praticamente ilimitado para produtos indiretos", Danielle Tullman Ercek, Ph. D., um engenheiro bioquímico da Universidade da Califórnia, Berkeley, disse à Scientific American.

Leia mais: genômica versus genética - um olhar mais próximo »

Usos para o genoma humano sintético

Possíveis aplicações que poderiam surgir deste projeto variam de relativamente normal a eticamente questionável.

Um desses projetos-piloto é a criação de células "ultrasafe" que são resistentes a vírus e câncer.

Estes poderiam estar na forma de células-tronco. Estes já estão sendo testados como uma terapia para condições como artrite reumatóide e doenças pulmonares.

As células-tronco funcionam para tratar doenças porque podem se multiplicar rapidamente. Mas isso também é uma característica das células cancerígenas. Uma das preocupações persistentes sobre a terapia com células-tronco é que as células-tronco se tornarão cancerosas.

Isso pode ser evitado através do desenho de células-tronco com um genoma sintético que é menos propenso a mutar e causar câncer.

"Uma variante de biologia sintética codificada para nunca se tornar cancerígena seria preferível", disse Paul Freemont, Ph. D., chefe da Seção de Biologia Estrutural no Imperial College de Londres, ao New Scientist.

Um genoma sintético também pode ser usado para modificar o genoma de outro animal. Os órgãos de um porco "humanizado" podem ser mais adequados para o transplante para as pessoas - menos propensos a serem rejeitados pelo sistema imunológico da pessoa.

Um projeto piloto, mesmo que crie um "genoma de referência" que inclua as variantes mais comuns de todos os genes.

Isso poderia ser usado para testar variações de genes um a um para ver como eles afetam a função do corpo ou o desenvolvimento de uma doença.

"Você poderia usar esta ardósia em branco, esse iogurte natural da humanidade, para encaixar nos diferentes genes e descobrir", disse George Church, Ph. D., professor de genética na Universidade de Harvard, ao New Scientist.

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Alto custo do genoma sintético

O grupo espera lançar seu projeto no final deste ano com US $ 100 milhões em financiamento" público, privado, filantrópico, industrial e fontes acadêmicas de todo o mundo. "

Dr. Francis S. Collins, Ph. D., diretor dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), disse que o NIH, uma das principais agências de financiamento nos Estados Unidos, não tem planos de financiar esse tipo de projeto neste momento.

Em um comunicado, Collins disse que o NIH "não considerou o tempo certo para financiar um projeto de grande escala orientado para a produção como o proposto.

O custo total para o projeto de 10 anos provavelmente será enorme, mas o grupo espera que ele custe menos do que os $ 3 bilhões gastos no primeiro Projeto do Genoma Humano.

Alguns pesquisadores disseram à Nature que o projeto estava desnecessariamente centralizando os esforços que já estão sendo feitos nas empresas que trabalham neste campo.

Outros críticos questionam se os benefícios declarados do grupo justificam o custo.

"Eu acho que o desenvolvimento de ferramentas para fazer grandes sequências genéticas é um importante objetivo humano. Criando um genoma [humano] inteiramente novo - esse é um tipo diferente de um projeto ", disse Laurie Zoloth, Ph. D., uma bioética na Universidade Northwestern, à Science.

Em uma tentativa de dissipar os temores de que os cientistas criem uma nova raça de super-humanos, o co-líder do grupo disse à Scientific American que as células que contêm um genoma sintético serão projetadas, então, se alguém for um humano completo, ganhou ' pode ser reproduzido.

"Não estamos tentando fazer um exército de clones ou começar uma nova era da eugenia", disse Jef Boeke, Ph. D., biólogo sintético do Centro Médico NYU Langone, à Scientific American. "Esse não é o plano. "