O bia³logo sintanãtico da Northwestern University Joshua Leonard costumava construir dispositivos quando era criana§a usando kits eletra´nicos. Agora, ele e sua equipe desenvolveram um processo orientado a design que usa pea§as de um tipo muito diferente de kit de ferramentas para construir circuitos genanãticos complexos para engenharia celular.

Uma das fronteiras mais interessantes da medicina éo uso de células vivas como terapias. Usando essa abordagem para tratar o ca¢ncer, por exemplo, muitos pacientes foram curados de doenças anteriormente intrata¡veis. Esses avanços empregam as abordagens da biologia sintanãtica, um campo crescente que combina ferramentas e conceitos da biologia e da engenharia.

A nova tecnologia da Northwestern usa modelagem computacional para identificar com mais eficiência projetos genanãticos aºteis antes de construa­-los no laboratório. Diante de inaºmeras possibilidades, a modelagem aponta os pesquisadores para projetos que oferecem oportunidades reais.

"Para manipular uma canãlula, primeiro codificamos uma função biológica desejada em um pedaço de DNA, e esse programa de DNA éentão entregue a uma canãlula humana para guiar sua execução da função desejada, como ativar um gene apenas em resposta a certos sinais no ambiente da canãlula ", disse Leonard. Ele liderou uma equipe de pesquisadores da Northwestern em colaboração com Neda Bagheri da Universidade de Washington para este estudo.

Leonard éprofessor associado de engenharia química e biológica na McCormick School of Engineering e um dos principais membros do corpo docente do Center for Synthetic Biology da Northwestern. Seu laboratório estãofocado em usar esse tipo de capacidade de programação para construir terapias, como células modificadas que ativam o sistema imunológico, para tratar o ca¢ncer.

Bagheri éprofessor associado de biologia e engenharia química e investigador da Washington Research Foundation na Universidade de Washington Seattle. Seu laboratório usa modelos computacionais para entender melhor - e subsequentemente controlar - as decisaµes das células. Leonard e Bagheri coaconselharam Joseph Muldoon, um estudante de doutorado recente e o primeiro autor do artigo.

"O design guiado por modelo foi explorado em tipos de células como bactanãrias e leveduras, mas esta abordagem érelativamente nova em células de mama­feros", disse Muldoon.

O estudo, no qual dezenas de circuitos genanãticos foram projetados e testados, serápublicado em 19 de fevereiro na revista Science Advances . Como outras tecnologias de biologia sintanãtica , uma caracterí­stica-chave dessa abordagem éque ela deve ser prontamente adotada por outros grupos de bioengenharia.

Atéo momento, continua difa­cil e demorado desenvolver programas genanãticos com base na tentativa e erro. Tambanãm éum desafio implementar funções biológicas além das relativamente simples. A equipe de pesquisa usou um "kit de ferramentas" de partes genanãticas inventadas no laboratório de Leonard e emparelhou essas partes com ferramentas computacionais para simular muitos programas genanãticos potenciais antes de conduzir experimentos. Eles descobriram que uma ampla variedade de programas genanãticos, cada um dos quais desempenhando uma função desejada e útil em uma canãlula humana, pode ser construa­da de forma que cada programa funcione como previsto. Nãosão isso, mas os projetos funcionaram da primeira vez.

“Na minha experiência, nada funciona assim na ciaªncia; nada funciona da primeira vez. Geralmente gastamos muito tempo depurando e refinando qualquer novo projeto genanãtico antes de funcionar como desejado”, disse Leonard. "Se cada projeto funcionar conforme o esperado, não estaremos mais limitados a construir por tentativa e erro. Em vez disso, podemos gastar nosso tempo avaliando ideias que podem ser aºteis para aprimorar as ideias realmente excelentes."

"Modelos representativos robustos podem ter impacto cienta­fico e translacional disruptivo", acrescentou Bagheri. "Este desenvolvimento éapenas a ponta do iceberg."

Os circuitos genanãticos desenvolvidos e implementados neste estudo também são mais complexos do que o estado da arte anterior. Esse avanço cria a oportunidade de projetar células para desempenhar funções mais sofisticadas e tornar as terapias mais seguras e eficazes.

"Com esta nova capacidade, demos um grande passo para sermos capazes de realmente projetar a biologia", disse Leonard.

O tí­tulo do artigo é"Projeto guiado por modelo de programas genanãticos de mama­feros".