Cientistas criam célula sintética capaz de crescer e se dividir
A ideia de criar vida em laboratório acompanha a ciência há décadas. Agora, pesquisadores da Universidade de Minnesota deram um passo que volta a alimentar essa discussão ao desenvolver uma célula sintética capaz de realizar algumas das funções mais características dos organismos vivos: crescer, replicar seu DNA, se dividir e até competir por recursos com outras células artificiais.
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Batizado de SpudCell, o sistema foi construído inteiramente a partir de componentes químicos conhecidos, reunidos em laboratório para formar uma estrutura que imita o comportamento de uma célula. Diferentemente de pesquisas que simplificam organismos já existentes, o trabalho parte de moléculas e estruturas purificadas para montar um sistema capaz de executar um ciclo celular completo.
O resultado representa um marco para a biologia sintética porque reúne, pela primeira vez, processos como alimentação, crescimento, replicação do material genético, divisão e seleção em um único sistema sintético. Para os autores, esse tipo de plataforma pode ajudar a entender quais são os componentes mínimos necessários para sustentar características fundamentais da vida e abrir caminho para novas aplicações em biotecnologia.
Mas isso não significa que cientistas tenham criado uma nova forma de vida. A própria equipe reconhece que a SpudCell ainda depende de componentes externos para funcionar e está longe da autonomia observada em células naturais. Para entender o que realmente muda com esse estudo, o Olhar Digital ouviu especialistas sobre o significado desse avanço e os limites do que hoje pode ser considerado um organismo vivo.
O que torna a SpudCell diferente?
Embora pesquisas com células sintéticas não sejam novidade, a SpudCell se destaca por reunir em um único sistema diversas funções consideradas essenciais para a vida. Segundo os autores, ela é a primeira célula sintética construída inteiramente a partir de componentes químicos definidos capaz de completar um ciclo celular, passando por crescimento, replicação do DNA, divisão e seleção ao longo de múltiplas gerações.
Muitos estudos buscavam simplificar organismos já existentes para descobrir qual seria o conjunto mínimo de genes necessários para sustentar uma célula. A equipe da Universidade de Minnesota seguiu outro caminho: montou a SpudCell do zero, combinando enzimas purificadas, moléculas, DNA e uma membrana lipídica para formar uma estrutura capaz de executar processos biológicos complexos.
A célula sintética possui um genoma de aproximadamente 90 mil pares de bases, distribuído em múltiplos plasmídeos, além de 36 enzimas purificadas responsáveis pela produção de proteínas e outras funções celulares. Os pesquisadores também utilizaram o sistema PURE (Protein Synthesis Using Recombinant Elements), um conjunto de componentes derivados da bactéria Escherichia coli que permite produzir proteínas de forma controlada, já que todos os seus elementos e concentrações são conhecidos.
Em estudos anteriores, pesquisadores já haviam conseguido criar células mínimas a partir de organismos existentes ou desenvolver sistemas artificiais capazes de executar funções isoladas. Para Daniela Matias de Carvalho Bittencourt, pesquisadora em biologia sintética da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (Cenargen) e conselheira da SynBioBR, o principal diferencial da SpudCell é reunir, em um único sistema, capacidades que até então haviam sido demonstradas separadamente.
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“O diferencial é que a SpudCell reúne, em uma célula sintética quimicamente definida, processos que antes eram demonstrados separadamente: crescimento, replicação do DNA, divisão e seleção”, explica. “Do ponto de vista científico, a maior contribuição do estudo é demonstrar que processos considerados característicos dos seres vivos podem emergir em um sistema inteiramente sintético quando eles são corretamente integrados.”
Como a célula cresce, replica seu DNA e se divide
Um dos principais desafios da biologia sintética é fazer com que uma célula artificial consiga crescer sem precisar carregar centenas de genes responsáveis pelo metabolismo. Em vez de tentar reproduzir toda essa maquinaria, a equipe optou por uma solução mais simples: alimentar a SpudCell com pequenas vesículas lipídicas carregadas de nutrientes, ribossomos, enzimas e outras moléculas necessárias para seu funcionamento.
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Essas vesículas se fundem à membrana da célula sintética graças a uma proteína produzida pela própria SpudCell. Quando isso acontece, além de aumentar a membrana celular, elas repõem componentes essenciais para que o sistema continue funcionando. Assim, embora a célula ainda não produza tudo o que precisa, ela consegue crescer e manter um ciclo contínuo de alimentação em condições controladas de laboratório.
Com nutrientes disponíveis, a SpudCell também consegue replicar seu material genético. Seu genoma, formado por aproximadamente 90 mil pares de bases distribuídos em múltiplos plasmídeos, é copiado antes da divisão, permitindo que as células-filhas recebam as instruções necessárias para continuar funcionando. No entanto, essa distribuição ainda está longe da eficiência observada nas células naturais e figura entre os principais desafios apontados pelos pesquisadores para as próximas etapas do projeto.
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Outro obstáculo importante era justamente a divisão celular. Nas células naturais, esse processo depende de um citoesqueleto — uma rede de proteínas que organiza e separa o material genético durante a reprodução. Como construir um citoesqueleto sintético ainda é um desafio, os pesquisadores recorreram a um mecanismo diferente: proteínas acumuladas na superfície da membrana geram tensão suficiente para provocar sua separação, permitindo a formação de novas células-filhas.
O sistema também demonstrou um comportamento semelhante ao observado na evolução biológica. Em um dos experimentos, os pesquisadores introduziram uma alteração genética que fazia algumas SpudCells produzirem mais da proteína responsável pela fusão com os lipossomos. Isso permitiu que essas células captassem nutrientes com mais eficiência, crescessem mais rapidamente e produzissem mais descendentes. Após cinco gerações, elas passaram a predominar na população — um comportamento semelhante ao observado na seleção natural. O efeito foi ainda mais evidente quando os nutrientes se tornaram escassos.
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A SpudCell pode ser considerada uma forma de vida?
Apesar de reunir diversas características normalmente associadas aos seres vivos, a SpudCell ainda está longe de ser considerada um organismo vivo pela comunidade científica. Isso porque ela continua dependente de um ambiente altamente controlado para executar suas funções e não é capaz de sobreviver de forma autônoma.
Para Carlos Aschoff, médico geneticista e assessor médico do DB Diagnósticos, justamente essa dependência mostra que a SpudCell ainda está distante de um organismo vivo.
Quando lemos o artigo disponibilizado, fica claro que a SpudCell, célula sintética, não seria capaz de realizar esses processos se o ambiente não estivesse controlado e com fornecimento de organelas, como exemplo os ribossomos.
Carlos Aschoff, médico geneticista e assessor médico do DB Diagnósticos
Daniela Bittencourt também destaca que, apesar das semelhanças com organismos vivos, a SpudCell ainda não pode ser considerada uma forma de vida propriamente dita.
Ainda não. A SpudCell apresenta características fundamentais da vida, mas ainda depende de intervenções externas para se alimentar e se dividir. Além disso, a mutação vantajosa foi introduzida pelos pesquisadores, não surgiu espontaneamente. Por isso, é melhor descrevê-la como um sistema sintético com propriedades semelhantes às da vida, e não como um organismo vivo autônomo.
Daniela Matias de Carvalho Bittencourt, pesquisadora em biologia sintética da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (Cenargen) e conselheira da SynBioBR
Os próprios autores reconhecem essas limitações. Atualmente, a SpudCell depende de ribossomos derivados da bactéria Escherichia coli para produzir proteínas e precisa receber periodicamente lipossomos carregados de nutrientes e outras moléculas essenciais. Além disso, o sistema consegue se manter funcional por apenas cinco a dez gerações antes que sua maquinaria celular comece a se degradar. Entre os próximos desafios estão produzir seus próprios ribossomos, distribuir o genoma de forma mais eficiente entre as células-filhas e reduzir a dependência de alimentação externa.
Segundo Aschoff, essa discussão também evidencia que não existe uma definição única e universal para o conceito de vida: “Um organismo para ser considerado vivo precisa atender algumas características, tais como: capacidade de reprodução, evolução, apresentar habilidades de regulação do ambiente interno e capacidade de transformar energia para manutenção das atividades celulares”, afirma.
O estudo explica como a vida surgiu?
A semelhança entre a SpudCell e uma célula natural também levanta outra questão: afinal, esse experimento ajuda a explicar como a vida surgiu na Terra?
Para o neurocientista, professor da Unifesp e colunista do Olhar Digital, Álvaro Machado Dias, a resposta é não. Embora considere o trabalho um avanço importante para a biologia sintética, ele destaca que o estudo não reproduz o processo conhecido como abiogênese — a hipótese de que a vida tenha emergido espontaneamente a partir de moléculas simples na Terra primitiva.
Se o ângulo é o da abiogênese, isso é, do modo como a ordem emerge de moléculas primitivas sem projeto e sem projetista, não temos isso na inovação.
Álvaro Machado Dias, neurocientista
Segundo o pesquisador, o experimento demonstra algo diferente: a capacidade de construir sistemas biológicos complexos utilizando componentes já conhecidos pela ciência. Em outras palavras, o trabalho representa um avanço na engenharia de sistemas biológicos, mas não uma resposta definitiva para uma das maiores perguntas da biologia sobre a origem da vida.
O que esse avanço pode permitir no futuro?
Embora a SpudCell ainda esteja longe de se tornar um organismo autônomo, os pesquisadores acreditam que ela pode servir como uma plataforma para entender melhor os processos fundamentais da vida e desenvolver novas aplicações em biotecnologia. A proposta é utilizar sistemas sintéticos cada vez mais sofisticados para estudar o funcionamento das células e, no futuro, produzir moléculas ou executar tarefas que hoje dependem de organismos vivos.
Para Carlos Aschoff, o potencial da tecnologia vai muito além da biologia básica e pode impactar diretamente áreas como a medicina. “Potencialmente na descoberta de novos medicamentos, no entendimento de ciclos celulares, de vias metabólicas, no entendimento da fisiopatogenia de doenças. Me parece ser avanços bem prováveis com a melhoria desta tecnologia”, destaca Aschoff.
Para Daniela Bittencourt, as aplicações podem ir além da medicina e incluir novas ferramentas para a própria pesquisa em biologia sintética: “No futuro, esse tipo de pesquisa pode gerar plataformas para produção de moléculas terapêuticas, entrega controlada de fármacos, fabricação de proteínas e biomateriais, além de modelos para estudar princípios básicos da vida.”
Álvaro Machado Dias também avalia que o trabalho representa um passo importante para a engenharia de sistemas biológicos, ainda que não reproduza a origem da vida. “Se a questão é se podemos engenhar vida a partir de materiais disponíveis, a resposta é sim”, afirma ele.
Na avaliação do neurocientista, os desdobramentos desse tipo de pesquisa podem ser significativos nas próximas décadas. Ele aponta que avanços na área poderão abrir caminho para o desenvolvimento de estruturas biológicas capazes de substituir tecidos e órgãos danificados, reduzindo a necessidade de próteses produzidas com materiais sintéticos.
Mesmo assim, os próprios autores reconhecem que ainda há um longo caminho até esse cenário. Entre os principais desafios estão tornar a SpudCell capaz de produzir seus próprios ribossomos, melhorar a distribuição do material genético durante a divisão celular e reduzir sua dependência de nutrientes e componentes fornecidos externamente. Somente com esses avanços, afirmam os pesquisadores, será possível desenvolver sistemas sintéticos mais robustos e próximos da autonomia observada nas células naturais.
Ana Luiza Figueiredo
Ana Figueiredo é repórter de tecnologia do Olhar Digital. É formada em jornalismo pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU).
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