Brincando de Deus: Código da vida é reescrito com quatro letras

Brincar de Deus, como os próprios cientistas dizem com bom humor, criando formas artificiais de vida. Nunca eles estiveram tão perto de levar esta brincadeira a sério como agora.

A equipe do Dr. Jason Chin, da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, reprojetou uma célula para torná-la capaz de ler o código do DNA de quatro em quatro letras, e não mais de três em três, como os seres viventes na Terra fazem.

Código genético artificial

O feito foi possível graças à criação de um novo ribossomo, chamado de ribossomo ortogonal, capaz de ler as mensagens codificadas nos códons quádruplos. [Imagem: Jason Chin]

Na prática, isto representa a criação de um código genético paralelo, que pode induzir as células vivas a criar proteínas com propriedades nunca vistas no mundo natural.

Em tese, o código genético paralelo poderá permitir a criação de formas vida "melhoradas", ou mesmo totalmente novas, tornando realidade as profecias do transumanismo, uma corrente polêmica de pensamento que propõe que os avanços da robótica, da nanotecnologia, da biologia e da genética permitirão a criação de uma nova classe de seres humanos com superpoderes - seres humanos com corpos à prova de bala, por exemplo - veja mais na reportagem Você está preparado para conviver com os humanos aprimorados?.

Ribossomo artificial

Em todas as formas de vida conhecidas, o mecanismo interno das células lê as quatro "letras" do DNA em conjuntos de três, criando cadeias de aminoácidos. Essas letras - ACGT - representam os nucleotídeos Adenina, Citosina, Guanina e Timina.

Cada letra contém o código para um aminoácido específico - ou diz para a célula encerrar a cadeia que ela está construindo.

Agora, o Dr. Chin e seus colegas tornaram a célula capaz de ler as letras do DNA de quatro em quatro, elevando de 22 para 276 o número de aminoácidos que podem ser usados para formar uma proteína. Isto porque o novo código torna possível a criação de 256 palavras, ou códons, com as quatro letras do DNA, cada uma das quais pode ser atribuída a um aminoácido que não existe nas células vivas atuais.

O feito foi possível graças à criação de um novo ribossomo, chamado de ribossomo ortogonal, capaz de ler as mensagens codificadas nos códons quádruplos. Com o ribossomo artificial e o ribossomo natural trabalhando paralelamente no interior da célula, os cientistas conseguiram induzi-lo a produzir novos aminoácidos sem interferir com o funcionamento normal da célula.

À esquerda, a rota para a síntese do ribossomo artificial, capaz de ler o código genético quatro letras por vez, sem perturbar com o funcionamento normal da célula. À direita, sua evolução, que o torna capaz de ler códigos de três ou quatro letras. [Imagem: Neumann et al./Nature]

Proteínas artificiais

Em experimentos feitos com a bactéria E. coli, os pesquisadores confirmaram a produção de dois aminoácidos não-naturais capazes de reagir entre si para formar uma ligação química diferente das ligações que mantêm unidas as proteínas naturais.

Inseridos em uma proteína chamada calmodulina, elas induziram a formação de uma "calmodulina mutante" que possui uma estrutura completamente diferente da natural.

E as ligações entre os aminoácidos não-naturais parecem ser muito mais estáveis, o que permitiria que as proteínas resultantes sobrevivam em condições ambientais que destruiriam as proteínas naturais.

Para testar seus ribossomos mutantes, os cientistas colocaram-nos em culturas de bactérias crescendo em um meio contendo antibióticos e dotaram as células com um gene de resistência a antibióticos que inclui um códon de quatro bases.

Os ribossomos capazes de ler o códon quádruplo produziram a proteína de resistência ao antibiótico e sobreviveram mesmo na presença de altas concentrações do antibiótico. Aqueles que não conseguiam ler o código quádruplo não puderam criar a proteína para se proteger do antibiótico e morreram.

Materiais artificiais

Em uma utilização bastante plausível - ainda longe de criar formas de vida totalmente novas usando esse novo código genético paralelo - pode-se pensar na utilização das novas proteínas para a fabricação de medicamentos que não sejam destruídos pelos ácidos presentes na boca e no estômago, por exemplo.

Mutagênese do centro decodificador do ribossomo ortogonal. [Imagem: Neumann et al./Nature]

Mas daí até a sintetização de células capazes de produzir novos polímeros não parece ser um salto muito grande. Pelo menos não em termos hipotéticos. Um transumanista pode facilmente pensar em células de um organismo vivo capazes de produzir polímeros tão fortes quanto as roupas à prova de bala e incorporá-los em seu esqueleto ou na forma de uma carapaça, ou em uma "super pele".

Contudo, é difícil precisar quantos passos deverão ser dados até que os cientistas se aproximem dessas possibilidades. Todas as tentativas feitas até hoje para manipular o código genético tradicional, criando "formas sintéticas de vida", falharam.

Mas o Dr. Chin sonha com a criação de novos materiais, não necessariamente incorporados em seres vivos. Materiais que poderiam ser criados em grandes biorreatores por bactérias que recebam os novos ribossomos com capacidade de ler o DNA em conjuntos de quatro letras.

Ética da vida

O avanço deverá levantar toda a discussão ética em torno da biologia sintética e de eventuais formas artificiais de vida que, ainda que não sejam uma opção imediata, certamente será uma situação com a qual os cientistas em particular, e a humanidade em geral, se defrontarão mais cedo ou mais tarde.

Descobertas como a agora anunciada mostram que essa discussão é necessária e, sobretudo, inadiável, sobretudo para balizar o trabalho dos cientistas e traçar os rumos que se espera que a ciência avance - sem promessas vãs e sem apelações, seja da reconstituição de corpos com deficiências físicas, seja do temor de super homens descontrolados.

Em termos bem mais imediatos, o novo código genético artificial deverá marcar muito mais o nascimento de uma nova era na fabricação de novos materiais extremamente promissores, do que a ameaça de terroristas mutantes dotados de carapaças à prova de balas.

Bibliografia:

Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome

Heinz Neumann, Kaihang Wang, Lloyd Davis, Maria Garcia-Alai, Jason W. Chin

Nature

14 February 2010

Vol.: Published online before print

DOI: 10.1038/nature08817

Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/02/2010

Criado um biochip capaz de detectar vírus

Uma equipe de engenheiros e químicos da Universidade Brigham Young, nos Estados Unidos, criou um biochip de silício capaz de detectar vírus de forma confiável, mesmo em concentrações baixas demais para que eles sejam descobertos pelos métodos atuais.

A utilização, para fins biológicos, da mesma tecnologia usada na fabricação dos processadores de computador, é mais um importante passo rumo ao objetivo de permitir que médicos e técnicos de laboratório usem pequenos biochips para testar amostras de seus pacientes na hora, de forma precisa, rápida e barata.

O Dr. Hawkins segura uma pastilha de silício na qual foram estampados 49 biochips detectores de vírus. No detalhe, ele seguro um único biochip, retirado da pastilha.[Imagem: BYU]

Exame para detectar vírus

"A maioria dos exames disponíveis tem resultados muito imprecisos, a menos que você tenha uma concentração muito elevada do vírus," explica o Dr. Aaron Hawkins, coordenador da pesquisa.

A saída que Hawkins e seus colegas encontraram foi desenvolver uma técnica de detecção dos vírus unicamente pelo tamanho. Desta forma, o dispositivo vai acumulando as partículas que passam pelo detector, fazendo uma contagem final muito precisa.

Quando estão em baixas concentrações, esses vírus individuais se perderiam, não sendo contados porque os exames clínicos atuais não conseguem detectar vírus individuais.

No futuro, quando esses biochips puderem ser usados na prática, a detecção precoce das infecções, ainda no consultório médico, permitirá que os tratamentos se iniciem muito antes que surjam os primeiros sintomas das doenças.

Barreira para os vírus

O biochip detector de vírus funciona como os contadores de moedas usados pelos bancos.

A amostra líquida flui pelos microcanais do chip até bater em uma parede, onde um pequeno furo funciona como filtro, deixando passar as partículas pequenas e retendo as maiores.

Cada um dos furos nos microcanais do biochip é feito com uma dimensão ligeiramente menor do que o tamanho do vírus ou proteína que ele deve detectar.

Depois que as partículas ficam presas na parede, elas formam uma linha visível com uma câmera especial.

Chip dos pobres

O próximo passo da pesquisa será construir séries decrescentes de furos, permitindo que um único microcanal examine a presença de vários vírus, com várias dimensões diferentes. [Imagem: BYU]

Se, por um lado, os biochips prometem exames clínicos rápidos e baratos, fabricar as primeiras levas desses microlaboratórios de silício esbarra no custo dos equipamentos.

Como eles são fabricados com a mesma tecnologia usada na fabricação dos processadores de computador, um equipamento de última geração pode ter custos que atingem facilmente a casa das centenas de milhões de dólares.

A equipe do Dr. Hawkins descobriu uma forma de fazer uma espécie de "chip dos pobres", mas sem perder a precisão.

Primeiro, eles usaram uma máquina mais simples para traçar os circuitos do seu biochip com uma precisão na casa dos micrômetros - 1.000 vezes maiores dos que os nanômetros que a indústria de semicondutores utiliza hoje.

A seguir, eles construíram a terceira dimensão do chip colocando uma camada de metal com 50 nanômetros de espessura sobre o chip. Um método de deposição por vapor recobriu todo o chip com uma camada de óxido de silício transparente.

Finalmente, eles usaram um ácido para correr as finas chapas metálicas, deixando a abertura estreita no vidro, que funciona como uma armadilha para os vírus. Com isto, eles construíram estruturas muito menores do que o seu equipamento permite fazer diretamente.

Chips do futuro

O primeiro protótipo do biochip possui os "furos-peneira" de uma única dimensão, o que significa que cada chip é capaz de detectar um único vírus ou proteína.

O próximo passo da pesquisa será construir séries decrescentes de furos, permitindo que um único microcanal examine a presença de vários vírus, com várias dimensões diferentes.

O programa de análise poderá facilmente verificar quais vírus ou proteínas estão presentes na amostra simplesmente verificando as paredes onde eles ficaram presos.

Fonte: Inovação Tecnológica

Animais e plantas sobrevivem 18 meses no vácuo do espaço

O Expose-E expôs às condições do espaço 664 amostras biológicas e bioquímicas, durante 18 meses contínuos.[Imagem: ESA/NASA]

Às vésperas de nos depararmos com outros planetas semelhantes à Terra, os cientistas continuam usando um conceito absolutamente impreciso.

"Vida como a conhecemos" é a expressão utilizada para se referir à possibilidade de encontrar vida em outros planetas.

À parte o fato de conhecermos muito pouco sobre a vida em si, o problema maior é que a vida presente na Terra abrange um leque tão grande de possibilidades que está se tornando cada vez mais difícil estabelecer fronteiras que delimitem as condições ambientais necessárias para sustentar a variedade de organismo vivos conhecidos.

A mais recente demonstração disso veio do experimento Expose-E, feito pela Agência Espacial Europeia (ESA). Depois dele, talvez fosse melhor os cientistas passarem a usar o termo, bem mais razoável, "vida até onde a conhecemos."

Vida no espaço

O espaço sempre foi considerado um ambiente absolutamente hostil para os seres vivos. Para os seres humanos certamente o é.

No entanto, os pequenos organismos da experiência Expose-E, colocados na parte externa do laboratório europeu Columbus, na Estação Espacial Internacional, sobreviveram à radiação solar ultravioleta, aos raios cósmicos, ao vácuo e às variações extremas de temperatura durante 18 meses. Um certo tipo de liquen pareceu mesmo estar especialmente feliz no espaço exterior!

Na Terra, pode-se encontrar organismos vivos praticamente em qualquer lugar, desde as profundezas dos oceanos até o cume das montanhas mais altas, dos desertos extremamente secos às geleiras mais frias, das confortáveis zonas temperadas até o ambiente sem oxigênio e altamente corrosivo dos vulcões submarinos. Literalmente, há vida em toda parte - veja Bactérias vivem sem oxigênio e sem luz do Sol.

Análises recentes em amostras de meteoritos marcianos apontam indícios cada vez mais convincentes de que também terá existido vida no nosso planeta vizinho - veja Meteorito revela um dos segredos da vida. Mas Marte tem sua atmosfera, e gostamos de pensar que a vida - "até onde a conhecemos", pelo menos - só gosta de viver em planetas.

Mas o novo experimento da ESA demonstra que pode haver formas de vida que sobrevivam até mesmo às condições extremas do espaço, por mais inóspitas que elas sejam para um ser humano.

O experimento Expose-E foi instalado no lado de fora do laboratório Columbus, da Estação Espacial Internacional. [Imagem: ESA/NASA]

Astrobiologia

Verificar como é que os organismos terrestres se comportam, e se sobrevivem, às condições do espaço, sempre entusiasmou os cientistas - os animais precederam o homem no espaço, e continuam sendo enviados para lá para novas pesquisas.

O interesse é tamanho que hoje esses esforços têm seu próprio campo de pesquisa, chamado astrobiologia.

"O objetivo é compreender melhor a origem, a evolução e as adaptações da vida e poder acrescentar uma base experimental às recomendações para a proteção planetária", explica René Demets, biólogo da ESA.

A experiência mais recente estava a bordo do Expose-E, levado para a Estação Espacial Internacional (ISS), em Fevereiro de 2008, a bordo do ônibus espacial Atlantis, e trazido de volta pelo Discovery, em Setembro de 2009.

No total, o experimento expôs às condições do espaço 664 amostras biológicas e bioquímicas, durante 18 meses contínuos.

Simulando a atmosfera de Marte

O Expose-E é uma caixa do tamanho de uma mala de viagem, dividida em dois níveis com três tabuleiros de experiências, cada um com quatro espaços quadrados. Dez dessas caixas carregavam diferentes amostras biológicas e bioquímicas, separadas em pequenos compartimentos.

Dois dos três tabuleiros foram expostos diretamente ao vácuo do espaço, enquanto o terceiro continha um gás no seu interior que simulava a fina atmosfera marciana, composta basicamente por dióxido de carbono.

A janela que protegia estas "amostras marcianas" também estava equipada com um filtro óptico que imitava o espectro da radiação do Sol na superfície de Marte.

A experiência estava dividida em dois níveis com amostras similares, de forma que o nível superior esteve exposto à luz solar e o inferior permaneceu à sombra.

Um outro conjunto de experiências, quase idêntico, o Expose-R, ficou dentro da ISS, instalado no segmento russo da Estação, para funcionar como referência.

O liquen Xanthoria elegans pouco se importou com as condições inóspitas do espaço, sobrevivendo durante 18 meses. [Imagem: Wikipedia]

Liquens espaciais

As amostras no interior do Expose-E foram selecionadas por oito equipes científicas internacionais, num projeto coordenado pela Agência Espacial Alemã, a DLR.

Agora, as equipes de cientistas que prepararam as amostras começaram a publicar alguns resultados preliminares dos experimentos.

"Estes liquens de Xanthoria elegans voaram a bordo de Expose-E e são os melhores sobreviventes que conhecemos", explica Demets. Os liquens são organismos macroscópicos formados pela simbiose entre um fungo e um organismo fotossintético, em geral uma alga ou uma cianobactéria.

"Os liquens costumam ser encontrados nos lugares mais extremos da Terra. Quando são colocados num ambiente que não lhes agrada, passam para um estado latente e esperam que as condições melhorem. Devolvidos a um ambiente próprio e com um pouco de água, retornam à vida anterior," explica Demets.

Animais que sobrevivem no espaço

O fator crítico para a "vida como a conhecemos" no espaço é a água: ela vaporiza-se quase instantaneamente no vazio espacial.

Os tardígrados, ou ursos d'água, podem sobreviver sem água por 10 anos e suportar temperaturas entre -272 e +150 graus Celsius. [Imagem: Willow Gabriel/Bob Goldstein]

Só os organismos anidrobióticos, que são secos e capazes de aguentar longos períodos em condições de secura extrema, conseguem sobreviver ao espaço.

Além dos liquens, alguns outros animais e plantas também suportaram o vazio espacial: os ursos d'água ou Tardígrados, as artêmias e as larvas do díptero africano Polypedilum vanderplank são os únicos animais conhecidos capazes de sobreviver ao vazio espacial.

Algumas sementes de plantas também são suficientemente secas para sobreviver a estas condições extremas.

Mutações espaciais

Outros riscos envolvidos na exposição ao espaço são os ciclos de temperaturas extremas e a radiação.

"A radiação é um grande perigo para a vida no espaço", comenta Demets. "Os raios cósmicos são muito energéticos e ionizantes. No entanto, o mais prejudicial é a radiação ultravioleta que recebemos do Sol. Aqui na Terra, a radiação UV-C é usada em aplicações em que é necessário matar bactérias, como a esterilização de instrumentos cirúrgicos."

A longo prazo, os efeitos das partículas de alta energia, dos raios X e da radiação gama são mais importantes, já que destroem o DNA e provocam mutações genéticas.

René Demets, que também participou de um experimento anterior de menor duração, o Biopan, que confirmou a capacidade dos ursos d'água sobreviverem ao espaço. [Imagem: ESA/René Demets]

Panspermia

O fato de os organismos vivos sobreviverem às condições hostis do espaço parece apoiar a teoria da panspermia, que defende que formas de vida disseminam-se de um planeta para outro, ou até mesmo entre sistemas solares.

"As pontas soltas desta teoria estão agora na chegada ao planeta, porque nenhuma forma de vida pode sobreviver a uma reentrada numa atmosfera", explica Demets.

Será mesmo? Antes deste experimento não seria fácil encontrar cientistas que defendessem a sobrevivência desses seres que participaram do Expose-E.

"No entanto, é possível que as condições sejam mais favoráveis no interior de um meteorito. Por este motivo, estamos considerando a possibilidade de realizar uma experiência astrobiológica durante o regresso à Terra," conclui Demets.

Fonte: Inovação Tecnológica

Cientistas geram em laboratório temperatura de 4 trilhões ºC

Cientistas americanos conseguiram criar em laboratório a temperatura mais alta da história: 4 trilhões de graus Celsius. O objetivo do experimento foi alcançar o maior calor existente suficiente para desintegrar a matéria e se aproximar do que teria existido milionésimos de segundos depois do nascimento do universo.

"Essa temperatura é alta o suficiente para derreter prótons e nêutrons", disse Steven Vigdor, do Brookhaven, durante encontro da Sociedade Americana de Física, em Washington, nesta segunda–feira (15).

Para simular as condições da origem do Universo, os cientistas utilizaram um acelerador de partículas com 3,8 quilômetros de comprimento para colidir íons de ouro bilhões de vezes. O aparelho gigante está a 4 metros abaixo do nível do chão no Laboratório Nacional de Brookhaven, no Departamento de Energia dos Estados Unidos, em Nova York.

O Colisor Relativístico de Íons Pesados (RHIC) foi projetado para criar matéria nas temperaturas encontradas inicialmente no universo antigo, calculadas em 4 trilhões de graus Celsius. Para uma comparação, o centro do nosso Sol mantém temperaturas em 50 milhões de graus.

Os físicos chocaram íons produzindo explosões ultra-quentes, que duraram apenas milésimos de segundos. O experimento promete ajudar os estudiosos a entender diversas questões que envolvem a origem do nosso universo.

Foto: Acelerador de partículas de 3,8 quilômetros de comprimento localizado no Laboratório Nacional de Brookhaven, em Nova York (EUA). Os cientistas chegaram a uma temperatura de 4 trilhões de graus Celsius para simular condições do nascimento do Universo. Crédito: Brookhaven National Laboratory

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Fonte: Apolo11 - http://www.apolo11.com/spacenews.php?posic=dat_20100216-115852.inc