Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica para proteger delicados circuitos genéticos sintéticos contra interrupções causadas pelo crescimento celular, um desafio comum na engenharia genética. A abordagem aproveita um processo natural chamado separação de fases líquido-líquido para criar pequenos compartimentos protetores dentro das células, salvaguardando modificações projetadas e garantindo o funcionamento consistente de programas genéticos sintéticos.
O problema: diluição e falha no circuito
Quando os engenheiros genéticos projetam e montam circuitos genéticos sintéticos para programar células com novas funções, surge uma questão crítica à medida que as células crescem e se dividem. As principais moléculas de sinalização – componentes essenciais desses circuitos – podem ser diluídas, levando à instabilidade e, em última análise, causando a falha dos programas sintéticos. Esta diluição impede que os circuitos mantenham o comportamento programado.
Uma solução inspirada na natureza
Xiaojun Tian, professor associado da Escola de Engenharia de Sistemas Biológicos e de Saúde da Universidade Estadual do Arizona, e sua equipe desenvolveram uma solução que imita as estratégias de organização da própria natureza. Ao projetar células para formar pequenos compartimentos semelhantes a gotículas, conhecidos como condensados transcricionais, em torno de genes-chave, eles protegem efetivamente esses genes dos efeitos perturbadores do crescimento celular.
Como funciona a separação de fases líquido-líquido
As células usam naturalmente a separação de fases líquido-líquido para organizar seu ambiente interno, criando compartimentos para reações bioquímicas essenciais sem a necessidade de membranas. A equipe reconheceu o potencial de aproveitar esse processo para proteger os circuitos genéticos sintéticos. Essas gotículas microscópicas atuam como “zonas seguras”, evitando que moléculas-chave sejam eliminadas à medida que a célula cresce.
“Quando tentamos programar células para realizar tarefas úteis, como diagnóstico ou produção terapêutica, os programas genéticos muitas vezes falham porque o crescimento celular dilui as moléculas-chave necessárias para mantê-las funcionando”, explica Tian. “Enfrentamos esse desafio aproveitando a estratégia de separação de fases da própria célula para proteger os sistemas projetados.”
Uma mudança nas abordagens da biologia sintética
Tradicionalmente, a biologia sintética tem se concentrado na manipulação de sequências de DNA ou de ciclos de feedback regulatório para manter a funcionalidade dos sistemas projetados. A equipe de Tian introduziu um princípio de design diferente, baseado fisicamente, que funciona com a organização existente de moléculas dentro das células.
“Descobrimos que, ao formar pequenas gotículas chamadas condensados transcricionais em torno dos genes, podemos proteger os programas genéticos e mantê-los estáveis mesmo à medida que as células crescem”, acrescenta Wenwei Zheng, professor de química. “É uma solução física simples que evita a diluição e mantém os circuitos funcionando de maneira confiável.”
Prova visual: gotículas em ação
As imagens microscópicas do estudo mostram aglomerados brilhantes desses condensados transcricionais dentro das células, fornecendo confirmação visual de que essas gotículas podem se formar precisamente onde necessário para estabilizar a atividade genética.
A experiência colaborativa impulsiona a inovação
Este avanço é o resultado de um esforço interdisciplinar, aproveitando a experiência da biologia sintética, modelagem e engenharia metabólica. O projeto foi desenvolvido por David Nielsen, professor de engenharia química, que enfatizou as aplicações práticas desta descoberta: “É emocionante ver como estas gotículas podem ser usadas para aumentar os rendimentos da bioprodução”.
Aplicações Futuras e Potencial
Os pesquisadores veem um vasto potencial para esta técnica. O grupo de Tian já está trabalhando na engenharia de diferentes tipos de condensados para controlar genes específicos, criando o que descrevem como “células inteligentes” que podem se adaptar e funcionar a longo prazo.
“Os investigadores em biologia sintética que lutam com circuitos instáveis verão isto como uma nova forma de tornar os seus sistemas mais fiáveis”, diz Zheng. “Os engenheiros de bioprocessos que desejam um rendimento consistente também podem usá-lo. Para biofísicos como eu, é emocionante ver princípios físicos como a separação de fases transformados em ferramentas práticas de engenharia.”
Este trabalho reflete uma mudança significativa na biologia sintética. Ao aproveitar os princípios de organização natural da célula, os pesquisadores podem criar sistemas que sejam poderosos e inerentemente estáveis, abrindo novos caminhos para fábricas de células estáveis e futuras aplicações médicas. Os próximos passos envolvem a demonstração das aplicações da técnica em implementações mais diversas para avaliar a resiliência e a escalabilidade, embora o potencial para uma aplicação mais ampla seja considerado elevado.
