As possibilidades radicais do ADN artificial

Todas as células com vida têm sido o resultado do alfabeto genético de quatro letras: A, T, C e G — as unidades básicas do ADN. Mas agora isso mudou. Numa palestra visionária, o biólogo Floyd E. Romesberg apresenta-nos aos primeiros organismos vivos criados com um ADN de seis letras — as quatro letras naturais mais duas novas artificiais, C e Y — e explora como esta inovação pode pôr em causa a nossa compreensão básica dos desígnios da Natureza.

Toda a vida, todos
os seres vivos conhecidos

são criados segundo as informações no ADN.

O que é que isto significa?

Significa que, tal como a língua inglesa
é formada por letras do alfabeto

que, combinadas em palavras,

me permitem contar-vos
a história que vou contar,

o ADN é formado por letras genéticas
que, quando combinadas em genes,

permitem que as células
produzam proteínas,

cadeias de aminoácidos
que formam estruturas complexas

que realizam as funções que permitem
que uma célula faça o que faz,

contar as suas histórias.

O alfabeto inglês tem 26 letras
e o alfabeto genético tem quatro.

São muito conhecidas.
Já devem ter ouvido falar delas.

São frequentemente
referidas como G, C, A e T.

Mas é espantoso que a diversidade da vida

seja o resultado dessas quatro
letras genéticas.

Imaginem o que seria se o alfabeto
inglês só tivesse quatro letras.

Que tipo de histórias
seríamos capazes de contar?

E se o alfabeto genético
tivesse mais letras?

A vida formada com mais letras
poderia contar histórias diferentes,

talvez histórias mais interessantes?

Em 1999, o meu laboratório
em La Jolla, na Califórnia,

começou a trabalhar nesta questão
com o objetivo de criar organismos vivos

com ADN composto
por seis letras genéticas,

as quatro letras naturais,
mais duas letras criadas pelo homem.

Um tal organismo seria

a primeira forma de vida
radicalmente alterada, jamais criada.

Seria uma forma semissintética de vida

que contém mais informações
do que a vida jamais teve.

Seria capaz de fabricar novas proteínas.

proteínas criadas a partir de mais
do que os 20 aminoácidos normais

que são habitualmente usados
para criar proteínas.

Que tipo de histórias
poderia essa vida contar?

Com o poder da química sintética
e da biologia molecular,

e menos 20 anos de trabalho,

criámos bactérias com ADN de seis letras.

Vou dizer-vos como o fizemos.

Aprendemos nas aulas de biologia
dadas no secundário,

que as quatro letras naturais se juntam
para formar dois pares de bases.

O G forma par com o C
e o A forma par com o T.

Assim, para criar as nossas novas letras,

sintetizámos centenas de novos candidatos,
novas letras candidatas,

e examinámos a sua capacidade
para se unirem umas com as outras.

Ao fim de 15 anos de trabalho,

descobrimos duas
que formam par muito bem,

pelo menos num tubo de ensaio.

Têm nomes complicados

mas vamos chamar-lhes X e Y.

Depois, precisávamos de encontrar
uma forma de introduzir X e Y nas células

e descobrimos que uma proteína
que faz uma coisa semelhante nas algas

funcionava nas nossas bactérias.

A última coisa que precisávamos de fazer
era mostrar que, munidas de X e Y,

as células podiam crescer e dividir-se
e manter o X e o Y no seu ADN.

Tudo o que fizemos até aí
levou mais tempo do que esperávamos

— eu sou uma pessoa muito impaciente —

mas este, o passo mais importante,
decorreu mais depressa do que eu sonhava,

na prática, imediatamente.

Num fim de semana em 2014,

um universitário do meu laboratório
criou bactérias com ADN com seis letras.

Vou aproveitar a oportunidade
para as apresentar agora mesmo.

Esta é uma foto delas.

São os primeiros organismos
semissintéticos.

As bactérias com ADN com seis letras,
são giras, não são?

Talvez alguns de vocês
ainda estejam a pensar: porquê?

Por isso, vou falar mais um pouco
sobre as nossas motivações,

tanto conceptuais como práticas.

Conceptualmente, as pessoas
pensam no significado da vida,

porque é que é diferente
das coisas que não são vivas

— sempre pensaram nisso.

Muitos pensam que a vida
é uma coisa perfeita,

consideram-na como prova
da existência de um criador.

As coisas vivas são diferentes
porque um deus lhes instilou um sopro.

Outros procuraram
uma explicação mais científica,

mas penso que podemos presumir

que consideram que as moléculas
da vida são especiais,

que a evolução as otimizou
durante milhares de milhões de anos.

Qualquer que seja a nossa perspetiva,

parecia impossível que os cientistas
criassem novas partes

que funcionassem no interior
das moléculas naturais da vida

sem estragarem tudo.

Mas até que ponto nós somos criados
ou evoluímos de forma perfeita?

Até que ponto são especiais
as moléculas da vida?

Estas perguntas pareciam
ser impossíveis de fazer

porque não tínhamos nada
com que comparar a vida.

Agora, pela primeira vez,
o nosso trabalho sugere

que, talvez, as moléculas da vida
não sejam assim tão especiais.

Talvez a vida, tal como a conhecemos,
não seja a única forma possível.

Talvez não sejamos a única solução,
nem sequer a melhor solução,

mas apenas uma solução.

Estas questões abordam
problemas fundamentais sobre a vida

mas talvez pareçam um pouco esotéricas.

E quanto às motivações práticas?

Queríamos explorar
que tipo de histórias novas

a vida poderia contar,
com um vocabulário aumentado.

As histórias aqui são as proteínas
que uma célula produz

e as funções que as células têm.

Que tipo de novas proteínas
com novos tipos de funções

podem os nossos organismos
fabricar e talvez mesmo usar?

Temos algumas ideias em mente.

A primeira é levar as células
a fabricar proteínas para nosso uso.

As proteínas são usadas hoje

para uma gama cada vez mais ampla
de diversas aplicações,

de materiais que protegem
os soldados de ferimentos

até aparelhos que detetam
compostos perigosos,

mas, pelo menos para mim,

a aplicação mais interessante
são as proteínas medicamentos.

Apesar de relativamente novas,

as proteínas medicamentos
já revolucionaram a medicina.

Por exemplo, a insulina é uma proteína.

Provavelmente já ouviram falar nisso,
é fabricada como um medicamento

que alterou por completo
como tratamos os diabetes.

Mas o problema é que as proteínas
são muito difíceis de fabricar

e a única forma prática de as obter
é levar as células a fabricá-las.

Claro, com células naturais,

podemos levá-las a fabricar
proteínas com os aminoácidos naturais

Assim, as propriedades
que essas proteínas tiverem

as aplicações para o que puderem
ser desenvolvidas,

estão limitadas, pela sua natureza,

aos aminoácidos dessas proteínas.

Aqui estão

os 20 aminoácidos normais
que são ligados para fazer uma proteína

— e penso que podem ver
que não têm um aspeto diferente.

Não proporcionam muitas
funções diferentes.

Não permitem fazer muitas
funções diferentes.

Comparem isso com as moléculas

que os químicos sintéticos
fabricam como medicamentos.

São mais simples do que as proteínas

mas são criadas a partir de uma gama
muito mais ampla de coisas diversas.

Não liguem aos pormenores moleculares,

mas penso que podem ver
como são diferentes.

De facto, é essa diferença
que torna os medicamentos tão bons

para tratar diversas doenças.

É muito animador pensar

que tipo de novas proteínas
medicamentos podemos desenvolver,

se pudermos criar proteínas
a partir de coisas mais diversas.

Talvez possamos obter
organismos semissintéticos

para fazer proteínas que incluam
novos aminoácidos diferentes,

talvez aminoácidos selecionados
para dar às proteínas

alguma propriedade ou função desejada.

Por exemplo,

muitas proteínas não são estáveis
quando as injetamos nas pessoas.

Degradam-se rapidamente
ou são eliminadas

e isso faz com que deixem
de ser medicamentos.

E se pudéssemos fazer proteínas
com novos aminoácidos

com coisas a eles ligadas

que as protejam do meio ambiente

que evitem que elas
se degradem ou sejam eliminadas,

para serem medicamentos melhores?

Poderemos fazer proteínas
com pequenos dedos ligados

que especificamente se agarrem
a outras moléculas?

Muitas moléculas falham
no desenvolvimento de medicamentos

porque não são específicas
para encontrar o seu alvo

no ambiente complexo do corpo humano.

Será que podemos agarrar nessas moléculas
e torná-las parte de novos aminoácidos

que, quando incorporados numa proteína,

sejam guiados por essa proteína
até ao seu alvo?

Iniciei uma empresa de biotécnica
chamada Synthorx.

Synthorx refere-se
a um organismo sintético

com um X no fim porque é o que fazemos
com empresas de biotécnica.

(Risos)

A Synthorx está a trabalhar
com o meu laboratório

e estão interessados numa proteína
que reconheça um determinado recetor

na superfície das células humanas.

Mas o problema é que também reconhece

outro recetor na superfície
das mesmas células

e isso torna-a tóxicas.

Assim, talvez possamos produzir
uma variante dessa proteína

em que a parte que interage
com esse segundo mau recetor

fique bloqueada por qualquer coisa
tipo um grande escudo,

para que a proteína só interaja
com o primeiro bom recetor.

Isso seria muito difícil
ou mesmo impossível de fazer

com os aminoácidos normais

mas não com aminoácidos que sejam
especialmente concebidos para esse fim.

Pôr as nossas células semissintéticas
a atuar como pequenas fábricas

para produzir melhores
proteínas medicamentos

não é a única possível
aplicação interessante,

porque são as proteínas que permitem
que as células façam o que fazem.

Portanto, se tivermos células que façam
novas proteínas com novas funções,

poderemos levá-las a fazer coisas
que as células naturais não fazem?

Será que podemos desenvolver
organismos semissintéticos

que, quando injetados numa pessoa
procurem células cancerosas

e, só quando as encontrarem,
segreguem uma proteína tóxica que as mate?

Será que podemos criar bactérias
que comam diferentes tipos de óleo,

talvez para limpar um derrame de petróleo?

Estes são apenas alguns tipos de histórias

que vamos ver se a vida
com um vocabulário alargado pode contar.

Soa bem, não é?

Injetar nas pessoas
organismos semissintéticos,

despejar milhões e milhões de litros
das nossas bactérias nos oceanos

ou na nossa praia preferida?

Esperem um pouco,
isto parece muito assustador.

Este dinossauro é muito assustador.

Mas há outro aspeto.

Os nossos organismos semissintéticos,
para sobreviverem,

precisam de ser alimentados
com os químicos precursores de X e Y.

X e Y são totalmente diferentes
de tudo o que existe na natureza,

As células não os contêm
nem têm possibilidade de os fazer.

Por isso, quando os preparamos,

quando os desenvolvemos
no ambiente do laboratório,

podemos alimentá-las
com muita comida artificial.

Depois, quando os colocamos
numa pessoa ou numa praia,

onde já não têm acesso
a essa comida especial,

podem desenvolver-se durante algum tempo,
podem sobreviver um pouco,

talvez o tempo suficiente
para realizar qualquer função pretendida

mas depois começam
a ficar sem comida.

Começam a ter fome.

Morrem de fome e desaparecem.

Assim, não só podemos obter vida
para contar novas histórias,

como temos de dizer à vida
quando e onde contar essas histórias.

No início desta palestra,
eu disse que relatámos em 2014

a criação de organismos semissintéticos
que armazenam mais informações,

X e Y, no seu ADN.

Mas todas as motivações
de que acabei de falar

exigem que as células usem o X e o Y
para fazer proteínas,

por isso começámos a trabalhar nisso.

Ao fim de uns anos, mostrámos
que a célula podia aceitar ADN com X e Y

e copiá-lo no ARN,
a cópia de trabalho do ADN.

No final do ano passado,

mostrámos que elas podiam usar
o X e o Y para fazer proteínas.

Elas aqui estão,
as estrelas do espetáculo,

os primeiros organismos semissintéticos
totalmente funcionais.

(Aplausos)

Estas células são verdes porque estão
a marcar uma proteína que é verde.

É uma proteína muito conhecida,
proveniente da medusa

que muitas pessoas usam
na sua forma natural

porque é fácil de ver
que somos nós que a fazemos.

Mas, dentro de cada uma destas proteínas,

há um novo aminoácido

com que a vida natural
não consegue criar proteínas.

Todas as células vivas, cada célula viva,

fez cada uma das suas proteínas

usando um alfabeto genético
de quatro letras.

Estas células estão vivas,
desenvolvem-se e fabricam proteínas

com um alfabeto de seis letras.

São uma nova forma de vida.

Esta é uma forma de vida semissintética.

Então, e quanto ao futuro?

O meu laboratório já trabalha na expansão
do alfabeto genético de outras células,

incluindo as células humanas

e estamos a preparar-nos para começar
a trabalhar em organismos mais complexos.

Pensem em vermes semissintéticos.

A última coisa de que quero falar

a coisa mais importante que quero dizer

é que chegou a era da vida semissintética.

Obrigado.

(Aplausos)

Chris Anderson: Floyd,
isto é espantoso.

Queria perguntar-te,

quais são as implicações
do vosso trabalho

para como devemos pensar
na possibilidade de vida

no universo, noutro sítio qualquer?

Parece que grande parte da vida
ou grande parte das nossas suposições

se baseiam no facto de que
tem de ser o ADN,

mas será possível que o espaço possível
das moléculas auto-replicadas

seja muito maior do que o ADN,
mesmo um ADN com seis letras?

Floyd Romesberg: Absolutamente,
penso que tens razão.

Penso que o nosso trabalho mostrou

que sempre existiu esse preconceito

de que somos perfeitos,
somos o máximo,

de que Deus nos criou assim,

de que a evolução nos aperfeiçoou assim.

Fizemos moléculas que funcionam
para além das naturais

e penso que isso sugere
que quaisquer moléculas

que obedeçam a leis fundamentais
da química e da física

— e podemos otimizá-las —

podem fazer aquilo que fazem
as moléculas naturais da vida.

Não há nenhuma magia aqui.

Penso que sugere

que a vida pode evoluir
de formas diferentes,

talvez tal como nós,
com outros tipos de ADN,

talvez coisas sem nenhum ADN.

CA: Na tua ideia,

até que ponto pode ser
essa possibilidade de espaço?

Saberemos? Vai haver muitas coisas
parecidas com uma molécula de ADN

ou radicalmente diferentes
que se possam reproduzir

e criar organismos vivos?

FR: A minha opinião é que,
se encontrarmos nova vida,

podemos nem sequer reconhecê-la.

CA: Daí essa obsessão com
a pesquisa de planetas Godilock

exatamente no local certo,
com água e tudo o mais,

talvez seja uma premissa
muito provinciana.

FR: Bom, se quisermos encontrar
alguém com quem falarmos, não será,

mas, se quisermos encontrar apenas
uma qualquer forma de vida,

penso que tens razão,

CA: Obrigado por nos teres surpreendido.
Muito obrigado, Floyd.

(Aplausos)