p Os cientistas da Rice University criaram um kit de ferramentas para biólogos sintéticos que precisam ajustar com precisão os níveis de entrada e saída dos circuitos genéticos. p A pesquisa, que está online na Nature Communications, é uma bênção para os cientistas da vida que sistematicamente projetam bactérias e outros organismos para realizar tarefas que não fariam naturalmente.

p "Os probióticos são um exemplo, "disse Matthew Bennett, professor associado de biociências da Rice e co-cientista líder do novo estudo. "Eles são bactérias intestinais benéficas que são essenciais para a saúde humana, e muitos biólogos sintéticos estão procurando maneiras de desenvolver probióticos que possam diagnosticar ou combater doenças. Esses probióticos projetados seriam capazes de produzir drogas ou outras moléculas complexas dentro do corpo humano para combater doenças que variam de câncer a doenças inflamatórias intestinais. "

p A produção de medicamentos quando e onde eles são necessários no corpo abriria novas portas para o combate a doenças, mas, Bennett disse, biólogos sintéticos têm lutado para projetar circuitos que sejam precisos o suficiente para a administração de drogas.

p "Os biólogos sintéticos precisam criar genes que ligam ou desligam em resposta a estímulos ambientais, "disse ele." Estes funcionam como sensores, permitindo que o probiótico produza a droga quando for necessário com base em pistas ambientais. "

p Usando a bactéria Escherichia coli, Bennett, estudante de pós-graduação Ye Chen, pesquisadores de pós-doutorado Joanne Ho e David Shis e colegas da Universidade de Houston, empregou blocos de construção moleculares modulares para criar promotores que ativam e desativam genes tanto quanto necessário.

p Embora os circuitos genéticos sejam como circuitos elétricos em alguns aspectos, os interruptores para ligá-los e desligá-los são muito mais complicados. Por si próprios, os genes não podem produzir as proteínas que codificam. Em vez de, enzimas especializadas leem os genes e eliminam as proteínas com base no que lêem. Os promotores de genes são outro especialista nesse processo.

p "Um promotor dirige um gene, "Bennett disse." Ele inicia a decodificação e determina quando o gene é ativado ou desativado.

p "Biólogos sintéticos têm desenvolvido regiões promotoras para responder a diferentes pistas químicas, mas temos ficado presos ao que a natureza nos deu, ", disse ele." Um promotor de ocorrência natural que responde a uma substância química pode não se comportar bem quando usado em um circuito de gene sintético. Pode não ligar ou desligar o gene alvo tanto quanto gostaríamos. Se uma bactéria deseja sentir uma pista química específica, ele ativará ou desativará um gene da maneira que for necessário. Pode ligá-lo um pouco, ou pode ligá-lo muito. Não tínhamos muito controle sobre isso antes. "

p Além disso, Bennett disse, muitos promotores "vazam" no sentido de que, mesmo quando desligam um gene, ele ainda produz pequenas quantidades de proteína.

p "Existem razões evolutivas pelas quais o vazamento pode surgir na natureza, mas quando você está projetando um circuito, você precisa de mais precisão, " ele disse.

p Promotores são regiões do DNA que são parte da linha de endereço e parte do manual de instruções. Eles não apenas dizem às proteínas de transcrição por onde começar a ler um gene, mas também regulam a intensidade com que o gene é ativado - se ele produz muita ou pouca proteína. Usando uma abordagem modular, A equipe de Bennett desenvolveu um esquema de design para a criação de promotores não vazados que ativam tanto quanto necessário.

p Matemáticos da Universidade de Houston, Krešimir Josić, Chinmaya Gupta e William Ott calcularam algumas das propriedades específicas que seriam necessárias para cada bloco de construção e trabalharam com os membros da equipe do Rice que projetaram, os criou e testou em E. coli. Vários blocos foram misturados e combinados para formar uma biblioteca de promotores, cada um dos quais foi projetado para reagir de uma maneira específica a uma ou mais entradas químicas.

p Por exemplo, em um circuito genético, um gene pode ser programado para ligar quando recebe uma pista específica, e o produto desse gene pode ser uma pequena molécula de proteína que, por sua vez, ativa ou desativa outro gene. Ao unir conjuntos inteiros desses genes, biólogos sintéticos podem construir circuitos complexos.

p "Essa capacidade é fundamental para a construção de circuitos reguladores de genes sintéticos que requerem relações precisas de entrada e saída, "Bennett e seus colegas escreveram em seu artigo da Nature Communications." Este artigo fornece um simples, meios econômicos de promotores de engenharia que fornecem faixas dinâmicas definidas pelo usuário, que permitirá o ajuste fino do fluxo metabólico dentro dos circuitos biológicos e químicos sintéticos dentro das células vivas. "

p Bennett disse que outro elemento-chave do projeto era desenvolver promotores que só poderiam ser ativados na presença de duas ou mais pistas.

p "A natureza nos dá apenas alguns exemplos de promotores que usam várias entradas, então, projetar não vazios, promotores multi-input fáceis de usar eram uma alta prioridade para nós, " ele disse.