Seleo natural forada desbanca edio gentica para transformar bactrias em fbricas

Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 06/08/2024

Biofabricao

Pesquisadores vm tentando h muito tempo transformar microrganismos em minifbricas vivas que possam produzir materiais de interesse econmico, j que eles fazem isto de um modo que sustentvel e limpo, sem qumicos agressivos, em temperatura ambiente e na gua.

Por exemplo, conhecemos bactrias que produzem coisas como celulose, seda e at minerais. O problema que elas produzem pouco, o que significa que seriam necessrios biorreatores enormes para tornar as biofbricas economicamente viveis.

H um caminho bem conhecido para tornar as bactrias mais produtivas, a manipulao gentica. Parece simples e fcil, mas tudo, menos simples e fcil: Para comear, os cientistas precisam saber em quais genes mexer, depois precisam de ferramentas de edio gentica que sejam confiveis e no produzam mutaes indesejadas, e ento garantir que as bactrias mutadas permaneam com sua nova configurao gentica estvel ao longo de geraes – j sabemos que a evoluo age contra a biofabricao em escala industrial.

Julie Laurent e colegas do Instituto Federal Suo de Tecnologia (ETH) encontraram agora uma nova rota que facilita muito tudo isso. Em termos simples, basta induzir mutaes genticas aleatrias nas bactrias e ento deixar que a natureza faa o restante do trabalho. E, para no precisar ficar esperando milhares de anos, tudo pode ser feito de modo mais rpido por meio da seleo natural – na verdade, por meio de uma “seleo forada”.

Seguindo os princpios da evoluo por seleo natural, o novo mtodo permite produzir dezenas de milhares de variantes de cada bactria muito rapidamente, bastando ento selecionar as cepas que produzem mais do material de interesse. O resultado incomparavelmente melhor e mais rpido do que ficar tentar induzir mutaes genticas “manualmente” e ento testar cada cepa.

Evoluo direta de bactrias produtoras para otimizar a biofabricao de celulose.
[Imagem: Julie M. Laurent – 10.1073/pnas.2403585121]

Evoluo forada

Laurent trabalhou com a bactria Komagataeibacter sucrofermentans, que produz celulose, mas a tcnica pode funcionar para outros microrganismos.

Ela comeou irradiando clulas bacterianas selvagens com luz UV-C, que danifica pontos aleatrios do DNA bacteriano, e ento colocou as bactrias em uma sala escura para evitar qualquer reparo do dano ao DNA. Ou seja, a pesquisadora forou mutaes genticas nas bactrias.

A pesquisadora ento encapsulou cada clula bacteriana em uma pequena gota de soluo nutritiva e permitiu que elas produzissem sua celulose naturalmente durante um perodo especfico de tempo. Finalmente, ela mediu quais bactrias produziam mais celulose – tudo sem nenhuma preocupao com quais genes estavam ou precisavam ser mexidos.

Usando um equipamento automatizado desenvolvido no prprio instituto, em questo de minutos a equipe rastreou meio milho de gotculas com um laser, identificando aquelas que continham mais celulose.

O esforo rendeu quatro cepas bacterianas de interesse, que produziram de 50 a 70% mais celulose do que o tipo selvagem. As placas de celulose produzidas pelas variantes foradamente evoludas so quase duas vezes mais pesadas e espessas que aquelas produzidas pelo tipo selvagem.

O processo foi todo automatizado em instrumentos construdos pela prpria equipe.
[Imagem: Julie M. Laurent – 10.1073/pnas.2403585121]

Genes no foram alterados

A surpresa maior, contudo, ainda estava por vir: Laurent e seus colegas analisaram o DNA das quatro variantes mais produtivas, para descobrir quais genes foram alterados pela luz UV-C e como essas mudanas levaram superproduo de celulose.

Todas as quatro variantes tinham a mesma mutao no mesmo gene – s que em um gene envolvido na produo de uma enzima degradadora de protenas, uma protease. Ou seja, no houve nenhuma mutao nos genes que os cientistas acreditam controlar a produo de celulose, mostrando porque esse resultado nunca foi alcanado pela tcnica tradicional de edio gentica.

Entender exatamente o que est acontecendo exigir novos estudos, mas a equipe acredita que a protease degrada protenas que controlam a produo de celulose. “Sem essa regulao, a clula no consegue mais parar o processo,” sugere a pesquisadora.

Agora a equipe pretende colaborar com empresas produtoras de celulose bacteriana para testar o novo microrganismo em condies industriais reais. Esse tipo de celulose pode ter muitos usos, mas j empregado na cicatrizao de feridas e na preveno de infeces.

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