O projeto Genome in a Box éuma ideia dos pesquisadores Anthony Birnie e Cees Dekker, do Departamento de Bionanociaªncia da Universidade de Tecnologia de Delft. Seu objetivo declarado émontar um cromossomo funcional de baixo para cima, comea§ando com o DNA nu. Em teoria, a sequaªncia bruta poderia ser impressa em pedaço s usando ma¡quinas de sa­ntese de DNA e depois costurada em uma longa corda com o ca³digo correto do cromossomo desejado. Isso seria quase impossí­vel na prática , pelo menos com nossa tecnologia existente. Nãohaveria maneira de manter as cordas fra¡geis classificadas para que pudessem ser unidas e dobradas corretamente sem erros.

Em vez disso, o que os pesquisadores propaµem épegar uma cadeia de DNA desproteinada do tamanho de um genoma isolada de células vivas e, em seguida, adicionar cuidadosamente os elementos organizadores de DNA apropriados, um por um, para ligar e compactar a sequaªncia em um cromossomo adequado dentro de alguns microflua­dicos avana§ados aparelho. Esses organizadores de DNA incluem várias protea­nas histonas que formam segmentos individuais de ~ 200 pares de bases de DNA para formar uma configuração condensada de esferas em um fio. Esses nucleossomos são então ligados e extrudados em loops de ordem superior por protea­nas motoras SMC (manutenção estrutural dos cromossomos). SMCs ta­picos, como os complexos de coesina e condensina, podem enrolar rapidamente no DNA a uma taxa de 2.000 bps / seg, mas são podem puxar com uma força de estol de cerca de um piconewton.

Esses loops são então algemados juntos para formar grandes doma­nios de associação topola³gica (TADs), os quais, pelo menos para mama­feros, são gerados em uma escala de cerca de 880 kb. Marcadores epigenanãticos também são adicionados para definir doma­nios transcricionalmente ativos (eucromatina) ou reprimidos (heterocromatina), que são, por sua vez, organizados em territa³rios cromossa´micos distintos dentro do núcleo. Outras protea­nas, incluindo polimerases, seguem ao longo da cadeia, introduzindo superenrolamento positivo e estresse de torção a  frente deles, e superenrolamentos negativos em seu rastro, enquanto topoisomerases ajudam a decatenar cadeias entrelaa§adas para controlar ainda mais a topologia.

Em seu artigo recente para ACS Nano, o estilo do autor de seus planos genoma-em-uma-caixa com visão de futuro após a chamada construção tea³rica parta­cula-em-uma-caixa tão valorizada na física. Eles ainda propaµem que princa­pios fa­sicos abrangentes, incluindo separação de fases e ideias da física de polímeros, podem ajudar a guiar o experimento. A esperana§a deles éque esses estudos in vitro de tanãrreo fornea§am uma visão sobre a verdadeira natureza dos cromossomos que os manãtodos de imagem de cima para baixo baseados em fluorescaªncia e imunoprecipitação simplesmente não podem fornecer. Mas tudo isso vai realmente funcionar? Em cromossomos de ocorraªncia natural, por exemplo, os processos acima nem sempre seguem uns aos outros em uma sequaªncia de travamento. Ajustes epigenanãticos e envoltura de histona podem estar acontecendo em um ponto, enquanto a extrusão do loop e superenrolamento acontecendo em outro. De fato,

Embora o objetivo de recriar um cromossomo eucaria³tico completo, ou mesmo um cromossomo derivado de bactanãrias, seja um esfora§o nobre, talvez os cientistas pudessem comea§ar com algo um pouco mais trata¡vel. O DNA mitocondrial (mtDNA) éorganizado em um nuclea³ide de apenas cerca de 16.600 bps. Em contraste, mesmo nosso menor cromossomo, o cromossomo 21 (não 22 ou Y) évárias ordens de magnitude maior, a 48 milhões de bps. Na verdade, os esforços para recriar nucleoides artificiais in vitro já tiveram algum sucesso inicial usando apenas algumas protea­nas organizadoras. Por exemplo, um replissoma mitocondrial ma­nimofoi usado para estabelecer que Twinkle éa helicase usada na bifurcação de replicação do mtDNA. A polimerase de mtDNA definitiva (POLγ) não pode usar o molde de DNA de fita dupla para a sa­ntese de DNA; no entanto, em combinação com Twinkle, fitas simples de DNA de até2 kb podem ser sintetizadas. Quando a protea­na de ligação de ssDNA (mtSSB) éadicionada a  mistura, produtos de DNA de atécerca de 16 kb podem ser feitos - ou seja, do mesmo tamanho do mtDNA de mama­fero.

Para fins de argumentação, vamos supor que um cientista inicie a tarefa de tentar construir todos os cromossomos a partir apenas da sequaªncia e da informação do marcador epigenanãtico. Isso émesmo possí­vel em teoria? Em outras palavras, háinformações suficientes no ca³digo bruto para garantir que os nucleossomos sejam provisionados nos locais corretos e os loops sejam extrudados nos comprimentos corretos e assim por diante; ou algum modelo funcional de cromossomos existentes para configurar seria necessa¡rio para restringir adequadamente a construção de outro?

Dito de outra forma, existe apenas uma solução esta¡vel ou ideal para configurar um cromossomo funcional do zero (como protea­nas bem-sucedidas sempre se dobrando da maneira adequada), ou existem tantas soluções possa­veis que resultariam em organismos completamente diferentes ou mesmo não funcionais? Parece que haveria muitas maneiras. Essas não são simplesmente especulações va£s, porque muitos aspirantes a criadores estãoagora em suas pranchetas genanãticas. A diferença entre um elefante e um mamute parece ser basicamente uma questãode sequaªncia e epigenanãtica. Portanto, reconstruir mamutes de fontes genanãticas degradadas provavelmente não éum exagero.

Mas que tal fazer um draga£o? Considerando que em breve teremos sequaªncia cromossa´mica bastante completa e informações estruturaispara todos os animais existentes, e atémesmo pterossauros e tiranossaura­deos extintos, pode não ser totalmente inconceba­vel que um bom pacote de BioCAD pudesse ser usado para desenvolver um fac-sa­mile razoa¡vel de um draga£o. E ainda, não hádragaµes no registro fa³ssil. Pelo menos na Terra, um draga£o éum animal do Jardim do a‰den - presumivelmente, não hácomo fazer um do zero. Parece razoa¡vel que um draga£o pudesse ser uma forma fisiola³gica via¡vel no sentido de que se um grande pterossauro fosse modificado cirurgicamente em um draga£o adequado, ele poderia persistir, embora provavelmente estanãril, por algum tempo. a‰ outra questãointeiramente diferente se tal animal poderia algum dia ser codificado no DNA e revestido de cromossomos esta¡veis ​​que poderiam se desenvolver em um animal vivo, reproduzindo-se.

Embora o problema de construir um conjunto de cromossomos de draga£o via¡veis ​​seja um passo além do esfora§o genoma-em-uma-caixa para cromossomos animais ou mesmo humanos existentes, ele destaca uma deficiência potencial do esquema. Pode ser possí­vel, eventualmente, fazer um certo cromossomo a partir da sequaªncia, mas talvez não seja possí­vel fazer o cromossomo realmente correto, particularmente se for feito isoladamente. Em outras palavras, os cromossomos podem precisar uns dos outros, fisicamente, para se construir. Os cromossomos interagem de maneira diferente entre si em diferentes fases do ciclo celular e em vários esta¡gios de desenvolvimento. Fases distintas de reinicialização epigenanãtica ocorrem durante o desenvolvimento das células germinativas e embriona¡rias.

Por exemplo, células de esperma em diferenciação eliminam suas histonas e vestem temporariamente camadas de protamina para adotar uma configuração mais compacta em preparação para encontrar suas contrapartes no a³vulo. Por algum tempo depois disso, os cromossomos retem alguma memória de seu pai original. Uma vez que os cromossomos mudam continuamente sua própria estrutura ao longo do desenvolvimento celular e do organismo, uma pergunta ba¡sica para um 'genoma em uma caixa' pode ser: qual esta¡gio do cromossomo queremos tentar fazer primeiro?