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Jogo de Deus: Organismos Artificiais

Algo como um teaser. Existem xenomorfos. Os cientistas criam xenomorfos. Os cientistas criam xenomorfos por razões de segurança. Estou chocado comigo mesmo. Sob o corte, mais sobre isso (e isso, a propósito, é oficialmente chamado oficialmente de xenobiologia) e muito mais do que o que os biólogos modernos fazem. Nem tudo o que você precisa ler sobre o COVID-19!

Esta é a primeira parte de um texto baseado em um episódio de podcast sobre organismos artificiais.



Postado por Malcolm Lightbody

Este é um dos episódios do meu podcast. Um artigo baseado no episódio de burnout pode ser encontrado aqui .

Conversamos com Masha Shutova, do fundo de capital de risco da 4biocapital , Inna Zucher, de Oxford, e Sergey Nurk, do National Human Genome Research Institute.

Que haja bioluminescência


No contexto de organismos artificiais, objetos luminosos são a primeira coisa que vem à mente de um amador. Lembro-me imediatamente dos ratos verdes luminosos ou da startup que cria plantas de interior luminescentes. Quem pela primeira vez na vida ouve cactos luminosos, ratos e porcos, imediatamente começa a atormentar a pergunta: "Por que os cientistas fazem isso?"


Fonte

Um dos exemplos mais brilhantes dos benefícios desse tipo de pesquisa é uma bela descoberta que esclarece (em todos os sentidos da palavra) a detecção e o tratamento do câncer colorretal. Os cientistas postaramnas células intestinais, uma construção genética que consistia em quatro genes conectados sequencialmente entre si, brilhando em cores diferentes. Além disso, esses genes foram misturados em ordem aleatória e na saída tivemos um certo número de células brilhando em cores diferentes. Então eles os deram para crescer e seus "filhos" herdaram a cor correspondente. O resultado foi uma imagem muito bonita que mostra onde os "pais" são células e onde os "filhos" são células. Usando esse método, é possível mostrar a partir de quais células o câncer ocorre com alta probabilidade.

Falando em ratos verdes, há um fato interessante. Agora, existem muitas flores com as quais você pode "destacar" proteínas, mas uma das primeiras são os esquilos verdes das águas-vivas. A ideia de usá-los para esse "destaque" foi patenteada na Rússia, para que possam ser considerados nosso orgulho nacional.


Fonte

Em 2006, os leitões verdes luminosos foram criados na Universidade Nacional de Taiwan, introduzindo um gene dessas proteínas na cadeia de DNA de um embrião e implantando-o no útero de uma fêmea. Naquela época, os porcos verdes já existiam, mas apenas fluorescência parcial era observada neles. Os animais obtidos após o experimento, sob a orientação do professor Wu Shin-ji, se tornaram os únicos porcos do mundo cujo coração verde e órgãos internos eram verdes. Como no primeiro caso, esses experimentos são considerados pelos cientistas como a possibilidade de observação visual do desenvolvimento dos tecidos durante o transplante de células-tronco.


Porcos brilhantes no fundo de um porco comum

A capacidade de monitorar visualmente o que está acontecendo com células de um determinado tipo ainda é usada ativamente pelos pesquisadores que estudam a regeneração. Por exemplo, um cientista corta as barbatanas de alguns peixes infelizes e depois observa como essas barbatanas voltam a crescer. Para tais estudos, proteínas fluorescentes são usadas ativamente. O genoma do peixe é modificado para que a proteína luminosa permita rastrear como a propagação de células de um determinado tipo ocorre na barbatana restaurada.

Você também pode fazer biossensores baseados nessas proteínas luminosas: insira-os na bactéria e faça com que comece a expressar a proteína em troca de um certo estímulo externo. Um exemplo legal da aplicação dessa tecnologia - pesquisaque estão tentando fazer um biossensor para detectar produtos de decomposição de explosivos. Assim, por exemplo, você pode detectar minas que ainda não foram limpas.

No começo havia uma palavra, e a palavra era de nucleotídeos


Vamos passar de organismos artificiais que vemos a olho nu para organismos artificiais que não podem ser notados a olho nu, mas que não são menos úteis. Por exemplo, na biologia celular e, em particular, na terapia celular do futuro, há uma direção separada: você pode não apenas substituir algumas células que o corpo carece, mas também fazer com que essas células produzam algo que é importante e interessante para nós. Por exemplo, a mesma insulina. Agora, existem muitos estudos nessa direção, mas até agora nenhum deles está chegando à sua conclusão lógica. No entanto, idéias como "vamos criar células que liberam insulina em resposta à glicose e, assim, ajudar pessoas com diabetes tipo 1" soam regularmente.

Em geral, agora existe toda uma linha separada de pesquisa relacionada à criação de microorganismos artificiais. Existe uma pessoa assim Craig Venter, ele tem uma instituição, respectivamente, Craig Venter. Nos últimos vinte anos, os cientistas deste instituto tentaram criar uma bactéria com um conjunto mínimo de genes. Eles pegaram uma bactéria chamada micoplasma. Esta é uma bactéria parasitária, que inicialmente não possui muitos genes, cerca de mil. Para comparação: E. coli tem quase cinco mil. Então eles pegaram um tipo de micoplasma, removeram o DNA e colocaram o cromossomo sintetizado artificialmente de outro tipo de micoplasma lá. Assim, foi demonstrado que um pode fazer outro a partir de um micoplasma. Era o organismo sintético número um deles .

Colônias desse mesmo organismo número um

O organismo sintético número um resultante ainda possuía, de alguma forma, genes demais. Então, os pesquisadores decidiram remover todos os desnecessários. A princípio, eles decidiram que se sentariam e descobririam o que era "vital" e o que poderia ser jogado fora. Tentamos estar no papel de um criador racional da vida. Tentou, tentou, mas eles não tiveram sucesso. Craig Venter ficou terrivelmente surpreso, mas admitiu que o estado da ciência moderna não é progressivo o suficiente para simplesmente se sentar e criar algo vivo do zero. Depois disso, eles abandonaram a ideia de uma criação de vida "razoável" e seguiram o outro caminho. Decidimos adquirir um organismo com um conjunto mínimo de genes por enumeração.

Projeto de experimentos no Instituto Venter

Venter e seus companheiros decidiram adquirir um organismo com um conjunto mínimo de genes por força bruta. Eles pegaram esses novecentos genes de seu corpo número um, começaram a reuni-los em pequenos pacotes, enfiaram-nos em bactérias e descobriram quais genes as bactérias morrem sem. Após algumas operações, tendo testado centenas de combinações, eles foram capazes de criar um organismo no qual havia cerca de quatrocentos genes. Era de fato um organismo vivo, dividido e colonizador, no qual existem menos genes do que em qualquer organismo natural. Embora deva ser entendido aqui que é uma bactéria parasitária muito simples, ela não vive livremente. Um organismo artificial com um conjunto mínimo de genes, capaz de divisão, também conhecido como organismo número três



Por conveniência, esse organismo mínimo resultante foi chamado de organismo número três, porque o organismo número dois era algum tipo de estágio intermediário. De fato, o ambiente natural ou "natureza" é um mecanismo de força bruta, que se resume ao fato de que os moribundos - morrem e os sobreviventes - se dividem e se multiplicam. Portanto, a maneira mais confiável de experimentar organismos sintéticos agora se resume ao fato de que um cientista alimenta a natureza com alguma coisa, fornece variedade e, então, seleciona o que funciona.

De maneira semelhante, eles experimentam não apenas bactérias, mas também, por exemplo, vírus. Existem vírus adeno-associados que são usados ​​ativamente para administrar terapia genética. Existem muitos vírus adeno-associados na natureza, mas uma das propriedades importantes para a terapia é onde eles entram no corpo humano. Existem vírus que "ficam presos" no fígado, existem aqueles que podem passar pela barreira hematoencefálica e entrar no cérebro, e existem aqueles que se instalam nos pulmões. Este é um parâmetro importante, pois permite que cientistas e médicos tornem a terapia mais direcionada.

Visível temporariamente e invisível para sempre


Por um lado, a própria percepção de que agora podemos sintetizar facilmente o genoma de quase todos os microorganismos do zero deve ser um tanto assustadora. Por exemplo, o genoma do agente causador do antraz, em princípio, é de domínio público. Ao mesmo tempo, como somos capazes de preservar bem o DNA em sua forma original por um longo tempo, em princípio, restaurando a sequência, você não pode ter pressa: o principal é congelar DNA suficiente.

Por outro lado, a biologia sintética abre novas possibilidades para a restauração de espécies extintas. Por exemplo, George Church e seu grupo estão tentando fazer um novo mamutede um elefante, mutando as seções correspondentes do DNA. Hwang Woo Suk, um cientista coreano com uma reputação extremamente controversa, trabalhou com cientistas da Yakutia e tentou recriar um mamute diretamente dos resíduos de DNA. Existe até um documentário sobre isso . Em todo o planeta, existem projetos para restaurar a megafauna do Pleistoceno . Existe um parque pleistoceno na Rússia. Tais parques estão esperando o mamute de braços abertos, eles dizem: "Finalmente dê o mamute!" Quadro do documentário Genesis 2.0



No contexto do desenvolvimento das capacidades da biologia moderna, a luta pela conservação das espécies também está se transformando. Apareceu toda uma direção (biologia da conservação), na qual os cientistas estão lutando para que um backup genético apareça em espécies ameaçadas. Existem vários projetos para sequenciar a sequência do genoma de espécies que estão à beira da extinção e estão prestes a deixar nosso planeta.

À sua própria imagem


Existe um conjunto padrão de ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos que codifica todos os seres vivos da natureza. No entanto, não é necessário limitar- se a eles . Se os cientistas usam um conjunto alternativo de nucleotídeos e criam um organismo artificial a partir dele, isso não pode ser obtido de nenhuma maneira natural, com certeza. Essa linha de pesquisa é chamada xenobiologia. Fonte. "Em quatro bilhões de anos, uma nova árvore de xenobiologia está florescendo no Éden."



É importante entender que isso não é apenas um interesse ocioso. Xenobiologia tem vários usos importantes e muito compreensíveis. Por exemplo, se criarmos um organismo tão estranho que use um conjunto diferente de nucleotídeos em seu DNA, esse organismo, por exemplo, não será exposto a vírus naturais. Por outro lado, desaparece o perigo de que partes desses organismos artificiais possam de alguma forma entrar em outras células que vivem ao nosso redor. Ou seja, esses "xenomorfos" não poderão afetar negativamente o meio ambiente.

Até o momento, não foi possível criar tais organismos artificiais, mas as experiências estão em andamento nessa direção, e não há restrições intransponíveis. Existem vinte aminoácidos na natureza e cada aminoácido é codificado por um conjunto de três letras. Existem apenas sessenta e quatro combinações, mas todos estão ocupados, e cada combinação significa algo em uma célula viva. Se adicionarmos mais algumas letras a essas quatro letras, o código genético estará se expandindo notavelmente. Temos muitos novos códons que permitem, por exemplo, adicionar todos os tipos de aminoácidos incomuns às proteínas. É verdade que, para adicionar esses nucleotídeos adicionais, é preciso não apenas ensinar a bactéria a sintetizar esses nucleotídeos, e inserir tudo isso no DNA. Também é necessário adicionar o mecanismo de síntese protéica, que reconhecerá esses códons, e fará algumas outras alterações.Até agora, os cientistas estão apenas começando a trabalhar nessa direção, mas as perspectivas aqui parecem ser limitadas apenas pela imaginação do pesquisador.

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