p Descobertas recentes de duas equipes de pesquisa nas Escolas de Engenharia Ira A. Fulton da Universidade do Estado do Arizona estão avançando no campo da biologia sintética. p O professor assistente Xiaojun Tian e o professor associado Xiao Wang conduziram uma colaboração de um ano com seus grupos de laboratório na Escola de Engenharia de Sistemas Biológicos e de Saúde, uma das seis escolas Fulton. Os resultados de sua nova pesquisa sobre as maneiras como os circuitos de genes modificados interagem com células hospedeiras biológicas foram publicados esta semana na revista científica Nature Chemical Biology .

p A biologia sintética aplica métodos de engenharia para projetar novas redes biológicas ou redesenhar aspectos de sistemas biológicos existentes. É um campo de estudo emergente, e muitos avanços significativos foram feitos durante os últimos 20 anos.

p Os primeiros trabalhos incluíram a criação de circuitos de genes sintéticos e sua colocação em células hospedeiras naturais.

p "Mas o conceito de circuito aqui é abstrato, "Diz Wang." Imagine uma sequência de segmentos genéticos em que o primeiro codifica ou produz uma determinada proteína. Essa proteína, por sua vez, pode ativar ou inibir a expressão ou produção de proteína de outro segmento na sequência genética. Se você continuar expandindo essa ideia, você pode imaginar que é como uma rede. "

p É essa cadeia de influência ou incentivo que funciona como um circuito, ao invés das conexões físicas dentro da sequência genética. Contudo, pesquisas anteriores se concentraram apenas nos comportamentos dos próprios circuitos genéticos projetados, com pouca atenção ao plano de fundo ou contexto representado pelas células hospedeiras.

p "É difícil prever como essas interações afetam as funções dos circuitos genéticos projetados, "Tian disse, "sem falar em como controlá-los e fazer com que os circuitos operem conforme desejado dentro do complicado, ambientes da vida real. "

p De fato, esses circuitos de genes sintéticos geralmente funcionam apenas em um ambiente de laboratório, não em condições mais realistas. E essa limitação inibe muito a aplicação de circuitos de genes projetados em ambientes clínicos.

p Buscando avançar o campo nessa direção prática, a nova pesquisa de Tian e Wang explorou a relação entre os circuitos de genes sintéticos e suas células hospedeiras. Especificamente, eles examinaram o impacto dos circuitos de "memória" implantados nas células hospedeiras, e a influência das topologias de circuito genético, "ou a arquitetura de interconexões entre os componentes do circuito, em relação ao crescimento da célula hospedeira.

p No contexto deste trabalho, a ideia de memória se relaciona com a continuação da influência ou indução dentro de um circuito genético projetado, mesmo com a ausência de um estímulo.

p "Pense em um interruptor de luz em sua casa, - diz Wang. - A luz permanece acesa mesmo quando você tira o dedo do interruptor. Referimo-nos a esse estado persistente como memória. "

p A nova pesquisa de Tian e Wang revelou que as topologias do circuito de memória são significativamente influenciadas pelo comportamento da célula hospedeira.

p "Verificamos que as influências são trocadas entre o circuito gênico e a célula hospedeira, "Diz Tian." Isto é, o circuito impacta a célula hospedeira, que em troca tem um impacto no circuito. É como um loop.

p "Mas também demonstramos que o impacto na funcionalidade de um circuito depende de sua topologia, "ele diz." Então, uma topologia de circuito mostra melhor desempenho do que outras em um ambiente de host dinâmico. "

p Sua descoberta relacionando a topologia do circuito ao impacto de uma célula hospedeira na função do circuito é a primeira no campo da biologia sintética, e expande a compreensão científica significativa dessas interações complexas.

p "Ele abre o caminho para a construção robusta, circuitos genéticos projetados, "Tian diz." Isso poderia um dia melhorar as intervenções contra a metástase do câncer, por exemplo, ao diminuir a capacidade das células cancerosas de traduzir seu desenvolvimento. "

p O progresso da pesquisa que Tian e Wang publicaram inclui o exame do impacto da adição de circuitos ou módulos de genes sintéticos adicionais nas células hospedeiras, o que eleva substancialmente o nível de complexidade à medida que os módulos competem por recursos dentro do sistema celular.

p Wang diz que a Escola de Engenharia de Sistemas Biológicos e de Saúde das Escolas Fulton está particularmente bem posicionada para descobertas em biologia sintética.

p “Temos uma massa crítica de pessoas dedicadas que estão estrategicamente investidas no avanço desta área de pesquisa a longo prazo, "ele diz." Então, procuramos ser um líder neste campo. "