O que Paul Cézanne pensaria daquela natureza morta de fruta produzida por micróbios? Felix Moser (MIT) Bactérias que respondem ao vermelho, luz verde e azul produziram obras de arte em três cores marcantes que estão circulando online, mas a contribuição que eles estão dando ao campo da biologia sintética é ainda mais impressionante.
A bactéria artística foi desenvolvida por Chris Voigt, professor de engenharia biológica do Massachusetts Institute of Technology, e sua equipe, que desejam programar células para executar funções e também construir materiais de baixo para cima.
"As células são arquitetos atômicos incríveis. Eles são capazes de construir materiais muito precisos que você não pode fazer com a química, "Voigt diz." E você pode fazer isso em condições ambientais, em vez de usar solventes tóxicos. "Eles publicaram seu estudo esta semana na Nature Chemical Biology.
Bactérias modificadas podem ser úteis para nós de todas as maneiras. Eles podem ser projetados para construir tecidos ou materiais, ou identificar a doença em um paciente e administrar uma dose exata do medicamento no local certo. Eles podem enxamear as raízes de uma planta no solo e fornecer uma quantidade precisa de fertilizante. Eles podem produzir partículas de ferro à medida que crescem, que podem se tornar componentes eletrônicos que são um híbrido de biologia e máquina.
Para perceber esse futuro, os cientistas precisam melhorar a programação de células. É aí que essa técnica mais recente, chamado de sistema RGB - para vermelho, verde e azul - entra. Baseia-se em mais de uma década de pesquisa no laboratório de Voigt, em particular, um projeto que publicou em 2005, que descreveu uma maneira de obter Escherichia coli bactérias para criar fotos em preto e branco.
O sistema preto e branco de 2005 consistia em quatro genes, 4, 000 pares de bases (as bases CG e AT em uma molécula de fita dupla), e três pedaços de DNA chamados promotores que iniciam a primeira ação de um gene para transformar suas instruções em um produto, como uma proteína.
As coisas ficaram mais complicadas desde então.
O sistema RGB da equipe consiste em 18 genes, 14 promotores, bem como outros pedaços de DNA chamados terminadores e plasmídeos, e 46, 198 pares de bases.
"Em certo sentido, vai de um comprimento de onda de luz para três, mas porque você está fazendo tudo dentro da célula, torna-se exponencialmente difícil fazer com que muitas coisas funcionem bem, e isso exigia muita tecnologia, "Voigt diz.
A tecnologia para programar as células incluía optogenética (uma forma de controlar células com luz) uma linguagem de programação para células chamada Cello que Voigt e sua equipe desenvolveram no ano passado e um novo método para controlar funções gênicas conhecido como CRISPR.
Usando essas e outras ferramentas da biologia sintética, eles projetaram uma célula com as seguintes partes:
A célula podia sentir as três cores da luz, processar a informação com os circuitos genéticos e, porque os cientistas foram capazes de controlar o que os genes faziam com a informação - como a expressavam - as células geravam vermelho, verde, e pigmento azul.
Em uma placa de Petri, os micróbios "pintaram" uma natureza morta de fruta, um motivo geométrico de lagarto e um Super Mario saltitante.
Super Mario, desenhado pela bactéria E. coli. HowStuffWorks adicionou o fundo. Felix Moser (MIT)
Porque os cientistas estão controlando a expressão do gene, eles poderiam usar as luzes para fazer outras coisas além de fazer arte. Em um teste, os cientistas controlaram a capacidade da célula de produzir acetato. Compreender o sistema de feedback para acetato é fundamental para muitos processos industriais, como fazer agentes aromatizantes, solventes e combustíveis, onde em alguns casos os engenheiros podem querer o acetato, mas em outros casos, eles não podem.
Voigt diz que o sistema RGB também pode ser usado para construir moléculas, um processo que requer que conjuntos específicos de reações ocorram em momentos específicos. Ligar e desligar as luzes em horários específicos pode desencadear vias metabólicas e enzimas no momento certo para fazer adoçantes naturais e produtos farmacêuticos.
E porque essas células são controladas pela luz, eles podem ser controlados remotamente.
Para o próximo projeto, Voigt gostaria de construir um maior, sistema mais complexo. Mas ele e sua equipe sabem que será um desafio. Acontece que quando eles adicionaram muitos componentes genéticos à célula, as partes não tóxicas começaram a impedir o crescimento da célula e, em alguns casos, mate eles.
"O que há no design do sistema que torna difícil o funcionamento adequado da célula?" Voigt pergunta.
Encontrar a resposta pode envolver alguma criatividade.
