O desenvolvimento de áreas como genômica e proteômica trouxeram um maior entendimento de como funcionam os seres vivos. Tal como as linguagens de computador, os organismos são regidos por códigos contidos dentro do DNA, a molécula da vida, que dá instruções de como “construir” e “operar” um ser vivo. Com o desenvolvimento de técnicas de edição genética, os cientistas são capazes de programar e editar os códigos contidos no DNA, o que permitiu a criação de uma nova área chamada Biologia Sintética.
A biologia sintética envolve o ‘design’ de organismos ou sistemas biológicos que ainda não existem na natureza, engenheirando-os para adquirir novas habilidades. Para isso, combinam-se os “códigos” de DNA (também chamados de partes biológicas) já conhecidos de forma a torná-los funcionais. Esta área combina princípios de engenharia com biologia e é uma das bases para o desenvolvimento de novas (bio)tecnologias.
O estudo e padronização de ‘partes biológicas’ é fundamental para o desenvolvimento da área, separando-as por função e gerando uma espécie de “catálogo”. Existem diversas iniciativas que buscam essa padronização, como o catálogo de partes biológicas do iGEM, uma competição mundial de biologia sintética que é realizada anualmente. Com este conhecimento, fica mais fácil saber quais partes existem, o que elas fazem, e pensar em novos jeitos de combiná-las para gerar uma construção funcional.
Embora essa combinação de partes biológicas seja feita em laboratório, a sua utilização normalmente ocorre ao colocá-la em um organismo vivo. Mesmo que, potencialmente, qualquer espécie possa ser utilizada, na prática os biólogos sintéticos normalmente escolhem bactérias, leveduras, algumas plantas mais simples ou muito bem estudadas ou cultura de células de mamíferos - os chamados organismos modelo. Em linhas gerais, quanto mais simples o organismo, mais fácil de trabalhar; a escolha se dará pela aplicação final do projeto de Biologia sintética.
Ferramenta-chave para novas tecnologias
A Biologia Sintética já está presente no nosso dia-a-dia, porém cada vez mais irá trazer novas melhorias e produtos. Na área de saúde humana, podemos citar o biossensor desenvolvido pela startup brasileira BioinFOOD para teste diagnóstico de COVID-19. O sistema baseia-se no uso da levedura Saccharomyces cerevisiae que, ao identificar a presença do agente infeccioso, emite um brilho fluorescente verde.
Outro exemplo (clássico) de produto oriundo de biologia sintética é a insulina humana produzida em bactéria. Para isso, foi necessário copiar o DNA que contém a informação para produção da insulina humana em um sistema que funcione em bactéria. Desta forma, usando a inteligência da natureza, é possível obter a insulina de uma forma mais sustentável.
Na agricultura não é diferente: usando ferramentas de biologia sintética, a startup americana Pivot Bio está desenvolvendo novas bactérias capazes de melhorar a fixação de nitrogênio no solo, reduzindo o uso de fertilizantes. Esse processo já ocorre naturalmente, no entanto com baixa eficiência, pois os genes de fixação de nitrogênio são ativados somente quando necessário. Com o uso de ferramentas de biologia sintética, as bactérias conseguem manter os genes sempre ativos e funcionais, aumentando a quantidade de nitrogênio fixado no solo.
E o futuro da indústria química?
Outra área que anda de mãos dadas com a Biologia Sintética é a Engenharia Metabólica, que visa modificar os organismos vivos e alterar suas rotas metabólicas para a obtenção de novos bioprodutos de interesse industrial. Para isso, combina-se o conhecimento de “partes biológicas” (códigos de DNA) com engenharia e bioprocessos, visando a produção industrial e em larga escala de produtos químicos.
Um exemplo de sucesso é a bioprodução de esqualano pela empresa Amyris. Esse composto, que é um potente hidratante usado em cosméticos, foi descoberto em extratos de óleo de fígado de tubarão. No entanto, para tornar a produção e utilização comercial viável, foi necessário usar os princípios de biologia sintética para criar novas leveduras capazes de produzir uma molécula precursora de esqualano a partir de cana-de-açúcar. Isso evitou a caça de tubarões e tornou esse composto químico mais acessível e sustentável.
A Biologia sintética é uma área “quente” da biotecnologia e que, com o desenvolvimento de novas ferramentas para estudos genéticos, poderá ampliar cada vez mais os catálogos de partes biológicas e as possibilidades de desenvolvimento de novas bioprodutos e serviços. Já existem estudos de fronteiras com o uso dessa tecnologia, como o armazenamento de dados em DNA ou robôs biológicos auto replicantes. Se isso será realidade ainda não temos certeza, mas não restam dúvidas que haverá muita Biologia Sintética nas tecnologias do futuro.
Referências Bibliográficas:
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