Equipe chinesa faz versão parcialmente sintética do cromossomo espalhado do musgo, com o objetivo de aproveitar a planta para a indústria
Os pesquisadores criaram genomas sintéticos para vários tipos de bactérias, e um projeto de 18 anos para fazer o mesmo com a levedura de cerveja está quase concluído. Agora, um grupo na China abordou um organismo multicelular, sintetizando parte do genoma de um tipo de musgo. A conquista, publicada na semana passada na Nature Plants, poderá facilitar o caminho para a criação de genomas artificiais para outros organismos multicelulares – e para transformar o musgo numa fábrica de medicamentos e outros produtos.
A equipe chinesa reformulou apenas parte de um cromossomo na espécie escolhida, o musgo terrestre (Physcomitrium patens). Mas o trabalho é “um passo necessário” em direção a um genoma vegetal totalmente artificial, diz Ian Ehrenreich, genômico sintético da Universidade do Sul da Califórnia. É também “um alerta para as pessoas que pensam que os genomas sintéticos são apenas para micróbios”, acrescenta o biólogo sintético Tom Ellis, do Imperial College London.
Ao redesenhar o genoma de um organismo, os investigadores podem sondar questões como quais sequências são essenciais e como a sua organização afeta a função genética. Eles também podem conferir novas capacidades a um organismo, aumentando potencialmente o seu valor para a agricultura, indústria, medicina ou outros usos.
Em vez de criar cromossomos do zero, os biólogos sintéticos começaram com os naturais e fizeram uma série de revisões e simplificações. O projeto da levedura, por exemplo, eliminou ADN desnecessário, adicionou um novo cromossoma para alojar genes necessários à síntese de proteínas e introduziu outras alterações.
Embora as leveduras se agrupem em certas situações, elas geralmente passam a vida como células únicas. Portanto, embora sejam eucariontes (organismos com núcleos celulares), seus genomas só podem revelar muito sobre eucariotos multicelulares verdadeiros e mais complexos, como plantas e animais.
O biólogo sintético Junbiao Dai, do Instituto de Genomas Agrícolas de Shenzhen, o biólogo do desenvolvimento Yuling Jiao, da Universidade de Pequim, e colegas queriam ir mais longe. Mas em vez de trabalhar com Arabidopsis thaliana, a popular planta modelo que os investigadores estudam há décadas, escolheram um musgo. Por um lado, ao contrário de uma célula de Arabidopsis, uma única célula de musgo pode transformar-se numa planta inteira. Como resultado, a equipe precisa projetar apenas uma célula para transformar um organismo inteiro. Além disso, um processo chave de troca de DNA que permite a integração de segmentos sintéticos nos cromossomos ocorre com mais frequência no musgo do que na Arabidopsis .
Para simplificar, o projeto chinês, apelidado de SynMoss, começou com parte do braço curto do cromossomo 18, o menor membro desse tipo no genoma de 26 cromossomos da planta. Os pesquisadores então começaram a cortar e organizar o DNA. Eles eliminaram os transposons, elementos móveis de DNA encontrados em eucariotos; foram adicionadas etiquetas curtas para marcar o braço alterado; padronizou os códigos genéticos de três letras que interrompem a síntese de proteínas; e fiz outros ajustes. No total, eles reduziram essa seção do cromossomo em 56%. Então, os cientistas introduziram a estrutura agora parcialmente sintética em células individuais de musgo e estimularam seu crescimento.
As plantas resultantes pareciam normais. Eles tinham o mesmo tamanho e formato do musgo inalterado, desenvolveram estruturas reprodutivas e produziram esporos. As plantas modificadas eram tão resistentes a altos níveis de sal e outros estresses quanto suas contrapartes naturais. No entanto, a equipe descobriu que alguns genes da região sintética estavam mais ativos que o normal, uma alteração que poderia ser prejudicial.
Os resultados apoiam a visão controversa de que os transposons não são essenciais para eucariontes multicelulares. A descoberta não acabará com a controvérsia sobre se estas sequências são benéficas ou prejudiciais, diz a bióloga sintética de plantas Jennifer Nemhauser, da Universidade de Washington. Mas para os cientistas que argumentam que são vantajosos, “o desafio está lançado”, diz ela.
Os investigadores já aproveitaram a propagação do musgo para produzir alguns produtos químicos – um medicamento sintetizado por versões geneticamente modificadas da planta está em ensaios clínicos, por exemplo. O novo projeto SynMoss deverá impulsionar estes esforços, afirma o biólogo vegetal Ralf Reski, da Universidade Albert Ludwig de Freiburg, que estuda o musgo desde 1985. Embora a planta já tenha sido geneticamente modificada, “este artigo leva-a para o próximo nível”. abrindo caminho para mudanças ainda maiores – e mais úteis –, diz ele.
Dai, Jiao e colegas irão em breve abordar o resto do braço curto do cromossomo 18 e, em seguida, todo o genoma do musgo sintético. “Nosso objetivo é concluir isso nos próximos 10 anos”, diz Dai. Mesmo com a ajuda que esperam obter de outros laboratórios, esse é um objetivo ambicioso. O genoma da planta é cerca de 40 vezes maior que o da levedura.
Publicado originalmente no Science em 30/01/2024
Por Mitch Leslie
Mitch Leslie escreve sobre biologia celular e imunologia.
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