Fechar
Estamos vivendo em um mundo de biologia sintética. Dentro desse imenso universo, há uma enorme variedade de ideias e abordagens, como proteínas personalizadas, tratamentos através de células com receptor quimérico de antígenos (CAR-T cells), culturas geneticamente modificadas e muito mais. No entanto, um setor que ainda está em sua “infância”, é a genômica sintética, onde, em vez de uma proteína ou gene, genomas inteiros são projetados, sintetizados e implementados.
Para fazer a genômica sintética florescer, ela precisa de novas inovações e apoio, é o que conclui o relatório de um grupo de cientistas da academia e da indústria, publicado recentemente na revista Science. Nili Ostrov, PhD, da Harvard Medical School, (HMS) e colegas advogam avanços em quatro áreas que eles acreditam ser essencial para tornar a genômica sintética tão parte da ciência quanto o sequenciamento genético é hoje.
O manifesto “está focado no que pensamos ser os principais desafios e marcos tecnológicos que gostaríamos de alcançar”, afirma Ostrov, médica Ph.D do laboratório de George Church da HMS.
Os autores fazem parte de um grupo de trabalho, o Genome Project-write (GP-write), uma “organização sem fins lucrativos que busca promover o desenvolvimento de tecnologias para a escrita do genoma”, diz Jef Boeke, PhD, professor e diretor fundador do Instituto Sistêmico de Genética no Langone Medical Center. O GP-write “tenta reunir todos os grupos que desejam facilitar a implantação desse processo, para resolver uma ampla variedade de desafios e problemas biológicos, tanto no lado acadêmico quanto no industrial.”
Uma das principais prioridades do grupo e do artigo publicado na Science são as limitações atuais na síntese do DNA. A síntese comercial de DNA (usada para tudo, desde iniciadores de PCR a cromossomos inteiros) depende da síntese química. Por décadas, isso foi trabalhoso e propenso a mutações até a invenção da fosforamidita. Apesar dessa inovação no início dos anos 80, a síntese química de DNA é limitada a várias centenas de pares de bases – quase o suficiente para unir um genoma mesmo com as modernas técnicas de montagem.
Os autores sugerem que futuramente uma nova tecnologia aumentará a síntese enzimática do DNA além desses comprimentos, alimentada pela alta processabilidade e precisão das polimerases de DNA que ocorrem naturalmente. Como essas polimerases precisam de um modelo, as pesquisas voltaram-se para a desoxinucleotidil transferase terminal (TdT), uma enzima modificadora da extremidade do DNA. O TdT tem sido usado desde a década de 1970 para rotular DNA de fita dupla, mas transformá-lo em uma polimerase genuína e econômica só entrou em foco nos últimos anos.
“Sou muito otimista quanto à necessidade e oportunidade da genômica sintética … acredito que [os objetivos listados no artigo] são alcançáveis”, disse Emily Leproust, PhD, CEO da Twist Bioscience, um dos maiores fornecedores de DNA sintético. No entanto, Leproust expressou confiança de que as atuais tecnologias de síntese química foram capazes de sintetizar cromossomos inteiros. “Nos últimos 12 meses, produzimos 8 bilhões de bases de DNA – são quase três genomas humanos inteiros … Podemos fazer isso em escala. Se você quiser que façamos o genoma para você, podemos fazê-lo totalmente hoje.”
Dentro de cada objetivo abrangente, existem vários sub-objetivos. A partir da base da “síntese do DNA” alvo, objetivos mais específicos surgem, como a síntese de sequências particularmente difíceis (alto conteúdo de GC, sequências repetitivas e centrômeros) e a síntese direta de sequências longas (mais de 1000 pares de base), ignorando a necessidade de montar várias sequências mais curtas. Os oligos mais longos disponíveis no mercado ficam aquém disso; o maior disponível da Twist Bioscience é de 300 pb, enquanto a Integrated DNA Technologies oferece 200 pb.
Por fim, simplesmente diminuir o custo – visando um genoma humano de US $ 1.000 em dez anos, ou talvez até significativamente menor. Esse objetivo reflete o objetivo de longa data do sequenciamento de DNA para obter o custo de um genoma completo abaixo de US $ 1.000. Atualmente, é de cerca de US $ 1.300.
Os autores recomendam uma parceria público / privada semelhante ao Projeto Genoma Humano para possibilitar os objetivos da GP-write. “Como os projetos de construção do genoma são esforços altamente interdisciplinares, uma combinação de diferentes profissionais impulsionará melhor esse campo. Algumas tecnologias, como por exemplo a edição de DNA, foram rapidamente adotadas na academia e comercializadas por startups. A redução dos custos da síntese química de DNA foi impulsionada pela indústria e as startups estão adotando abordagens enzimáticas ”, diz Ostrov.
Outros objetivos estão focados no design e na função dos próprios genomas. Como Boeke explicou, “função” é a chave, pois a genômica sintética pode alcançar resultados em uma escala que campos relacionados, como a engenharia de proteínas, não podem. “Ele apenas permite que você trabalhe com uma tela muito maior.” Por exemplo, “projetar um cromossomo à prova de vírus” é uma meta com um prazo de três anos. Boeke diz que o objetivo é “projetar” o cromossomo, não necessariamente implementá-lo. Mas a genômica sintética já fez progressos nessa área, como a reatribuição do códon de terminação UAG em todo o genoma de Escherichia coli resultou em forte resistência ao bacteriófago T7.
O conjunto final de metas diz respeito à construção e entrega dos cromossomos. Hoje, o padrão ouro para células que usam genomas sintéticos é a levedura de Saccharomyces cerevisiae. “A eficiência da montagem do DNA em S. cerevisiae não foi encontrada em outros organismos geneticamente tratáveis”, dizem os autores. Uma vez que um cromossomo ou genoma é construído, como você o introduz em uma célula? Esse é um dos principais gargalos da biotecnologia. Muitos consideram que a bioengenharia de plantas é crucial para lidar com as mudanças climáticas e os problemas agrícolas, mas é prejudicada por métodos de entrega de DNA relativamente brutos e trabalhosos.
Boeke cita pesquisas que mostraram que uma sequência de DNA por si só pode direcionar sua própria expressão, ele disse: “E toda a epigenética e todas as modificações de histonas e metilação do DNA e todas as coisas que não existem no DNA nu? Tudo isso realmente funciona quando você o coloca em uma célula-tronco e depois o diferencia em um rato? A resposta é aparentemente, sim, funciona.”
Texto original: https://www.genengnews.com/insights/a-roadmap-and-wish-list-for-synthetic-genomics/