Nesse texto, vou explicar o que é biologia sintética, suas aplicações, exemplos, suas possibilidades e quais suas implicações em nossa sociedade.
A biologia sintética aplica princípios da engenharia genética para reprogramar ou até mesmo criar novos seres vivos.
É uma nova área interdisciplinar que envolve a aplicação de princípios de química, biofísica e até mesmo da engenharia à biologia.
Ele visa o (re) projeto e fabricação de componentes e sistemas biológicos que ainda não existem no mundo natural.
A biologia sintética combina a síntese química do DNA com o crescente conhecimento da genômica para permitir que os pesquisadores produzam rapidamente sequências de DNA catalogadas e as montem em novos genomas.
Melhorias na produção e no custo da síntese de DNA permitem aos cientistas projetar e sintetizar cromossomos bacterianos modificados que podem ser usados na produção de biocombustíveis avançados, bio produtos, produtos químicos renováveis, especialidades químicas de base biológica (intermediários farmacêuticos, química fina, alimentos ingredientes), e no setor de saúde também.
O que é Biologia Sintética?
Biologia sintética é o projeto e a construção de novas entidades biológicas, como enzimas, circuitos genéticos e células, ou o redesenho de sistemas biológicos existentes.
A biologia sintética se baseia nos avanços da biologia molecular, celular e de sistemas e busca transformar a biologia da mesma forma que a síntese transformou a química e o design de circuitos integrados transformando a computação.
O elemento que distingue a biologia sintética da biologia molecular e celular tradicional é o foco no projeto e construção de componentes centrais (partes de enzimas, circuitos genéticos, vias metabólicas, etc.) que podem ser modelados, compreendidos e ajustados para atender a um desempenho específico.
Assim como os engenheiros agora projetam circuitos integrados baseados nas propriedades físicas conhecidas dos materiais e fabricam circuitos funcionais e processadores inteiros (com confiabilidade relativamente alta), os biólogos sintéticos logo projetarão e construirão sistemas biológicos projetados.
Ao contrário de muitas outras áreas da engenharia, a biologia é incrivelmente não-linear e menos previsível, e há menos conhecimento das partes e como elas interagem.
Assim, os impressionantes detalhes físicos da biologia natural (sequências gênicas, propriedades proteicas, sistemas biológicos) devem ser organizados e reformulados por meio de um conjunto de regras de design que ocultam informações e gerenciam complexidade, possibilitando a engenharia de sistemas biológicos integrados de muitos componentes.
E somente quando isso é conseguido que projetos de escala significativa serão possíveis.
Como surgiu a ideia de biologia sintética?
A biologia sintética surgiu de quatro diferentes agendas intelectuais.
A primeira é a ideia científica de que um teste prático de compreensão é a capacidade de reconstituir um sistema funcional a partir de suas partes básicas.
Usando a biologia sintética, os cientistas estão testando modelos de como a biologia funciona construindo sistemas baseados em modelos e medindo as diferenças entre expectativa e observação.
Segundo, surgiu a ideia de que, para alguns, a biologia é uma extensão da química e, portanto, a biologia sintética é uma extensão da química sintética.
Tentativas de manipular sistemas vivos em nível molecular provavelmente levarão a um melhor entendimento e a novos tipos de componentes e sistemas biológicos.
Terceiro, é o conceito de que os sistemas vivos naturais evoluíram para continuar a existir, em vez de serem otimizados para a compreensão e intenção humanas.
Redesenvolvendo cuidadosamente os sistemas vivos naturais, é possível testar simultaneamente nosso entendimento atual e tornar possível a implementação de sistemas projetados que são mais fáceis de estudar e interagir.
Em quarto lugar, surgiu a ideia de que a biologia pode ser usada como tecnologia e que a biotecnologia pode ser amplamente redefinida para incluir a engenharia de sistemas biológicos integrados para fins de processamento de informações, produção de energia, fabricação de produtos químicos e fabricação de materiais.
Embora o surgimento da disciplina da biologia sintética seja motivado por essas agendas, o progresso em direção à biologia sintética só foi tornado prático pelo advento mais recente de duas tecnologias fundamentais, o sequenciamento e a síntese do DNA.
O sequenciamento aumentou nossa compreensão dos componentes e organização dos sistemas biológicos naturais e a síntese forneceu a capacidade de começar a testar os projetos de novas peças e sistemas biológicos sintéticos.
Embora esses exemplos demonstrem individualmente o incrível potencial da biologia sintética, eles também ilustram que muitos desafios científicos e de engenharia fundamentais devem ser resolvidos para tornar a engenharia da rotina da biologia.
O progresso nesses desafios fundamentais requer o trabalho de muitos pesquisadores por meio de um esforço internacional coordenado e construtivo.
Qual é a diferença entre biologia sintética e biologia de sistemas? Como a engenharia genética se encaixa?
A biologia de sistemas estuda sistemas biológicos naturais complexos como conjuntos integrados, usando ferramentas de modelagem, simulação e comparação para experimentar.
A biologia sintética estuda como construir sistemas biológicos artificiais, usando muitas das mesmas ferramentas e técnicas experimentais.
O foco é muitas vezes tomar partes de sistemas biológicos naturais, caracterizando-os e simplificando-os, e usando-os como componentes de um sistema biológico projetado.
A engenharia genética geralmente envolve a transferência de genes individuais de um micróbio ou célula para outra.
A biologia sintética prevê a montagem de novos genomas microbianos a partir de um conjunto de partes genéticas padronizadas que são então inseridas em um micróbio ou célula.
Quais são os objetivos da biologia sintética?
Biólogos sintéticos estão trabalhando para desenvolver:
- Peças biológicas padronizadas – identificam e catalogam peças genômicas padronizadas que podem ser usadas (e sintetizadas rapidamente) para construir novos sistemas biológicos,
- Design de proteínas aplicadas – redesenhar as partes biológicas existentes e expandir o conjunto de funções de proteínas naturais para novos processos,
- Síntese de produtos naturais – micróbios desenhados para produzir todas as enzimas e funções biológicas necessárias para realizar a produção complexa em múltiplos passos de produtos naturais,
- Genômica sintética – projetar e construir um genoma ‘simples’ para uma bactéria natural.
Como a biotecnologia industrial se encaixa?
A biotecnologia industrial fornece ferramentas para aprimorar os mecanismos naturais dos processos biológicos para produzir eficientemente enzimas, produtos químicos, polímeros ou até mesmo produtos de uso diário, como vitaminas e combustível.
Os cientistas estudaram os genomas de micróbios para identificar processos biológicos que podem substituir reações químicas para produzir novos produtos, operações de fabricação mais limpas e reduzir o número de etapas de produção.
Por exemplo, aproveitando o poder natural de enzimas ou sistemas celulares inteiros, e usando os açúcares como matéria-prima para a fabricação de produtos, as empresas de biotecnologia industrial podem trabalhar com a natureza para nos ajudar a passar de uma economia baseada no petróleo para uma “bio-base”. ”
As inovações da biotecnologia industrial estão competindo com sucesso e substituindo os processos tradicionais de fabricação petroquímica.
As empresas que adotam a biotecnologia industrial descobrem que podem cortar custos, reduzir a poluição e a pegada de carbono e aumentar a lucratividade.
Cientistas e empresas de biotecnologia industrial têm utilizado formas de biologia sintética há anos, incluindo splicing de genes, engenharia metabólica e evolução dirigida.
Micro-organismos que são projetados são usados em cubas de fermentação fechadas para produzir os produtos finais desejados. Os microrganismos geneticamente melhorados (GEMs) são regulados pela Lei de Controle de Substâncias Tóxicas.
Alguns dos avanços da biotecnologia sintética?
As décadas de 1970 e 1980 viram o surgimento da engenharia genética para fins ambientais, como a biorremediação.
Uma bactéria capaz de digerir os componentes do petróleo foi desenvolvida. De fato, a primeira patente biotecnológica foi para um micro-organismo para a limpeza de derramamentos de óleo.
Em 2003, cientistas do Instituto J. Craig Venter (JCVI) liderados pelos drs. Smith, Hutchinson e Venter, construíram in vitro um cromossomo PhiX174 totalmente sintético em apenas 14 dias e
publicaram seus resultados na revista Proceedings of National Academy of Sciences.
Referências Bibliográficas
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SILVA, Jossan Borba Gomes; PAULILLO, Luis Cesar Maffei Sartini. Biologia Sintética: possibilidades e desafios. Revista da Biologia, v. 14, n. 1, p. 33-39, 2018. < http://repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/28941 >
EL-HANI, Charbel Niño; RIOS, Vitor Passos. Vida sintética: uma nova revolução. ComCiência, n. 102, p. 0-0, 2008.
