Criar um cromossomo do zero pode parecer ficção científica, mas os cientistas realmente fizeram isso – e fizeram funcionar. Numa tentativa ambiciosa, os investigadores criaram um cromossoma completamente sintético para a levedura, um organismo comum encontrado na panificação e na produção de cerveja. A verdadeira surpresa? Depois de corrigir cuidadosamente certos defeitos, o cromossomo criado em laboratório permitiu que a levedura crescesse normalmente, mesmo sob condições estressantes, como calor e privação de nutrientes. A conquista faz parte do Projeto Genoma de Levedura Sintética versão 2.0, que explora como genomas personalizados podem transformar nossa compreensão da biologia e levar a novas tecnologias poderosas.
A pesquisa foi liderada por pesquisadores da Universidade Macquarie, incluindo o professor Isaac Pretorius, o professor Ian Paulsen, o Dr. Hugh Gould e o Dr. Heinrich Krukamp, em colaboração com equipes da Universidade Johns Hopkins e da Universidade de Edimburgo. Os seus resultados, partilhados na revista Nature Communications, descrevem como a levedura criou e ajustou este cromossoma artificial para crescer e funcionar como o original. As melhorias baseiam-se em lições anteriores do mesmo projeto e incluem novos métodos inteligentes para ajustar o design e o desempenho do DNA sintético.
A criação do cromossomo artificial seguiu uma abordagem gradual. Os segmentos foram preparados individualmente em diferentes cepas de levedura e depois combinados por cruzamento e síntese natural de DNA. Inicialmente, o cromossomo artificial fez com que a levedura crescesse mal, especialmente sob condições adversas, como altas temperaturas ou fontes limitadas de alimentos. Os cientistas usaram um método que se baseia em uma ferramenta moderna de edição de genes chamada otimização do genoma baseada em DNA para determinar quais partes do cromossomo artificial estavam causando os problemas. Um problema chave foi descoberto em um gene responsável por mover o cobre para dentro das células. Mudanças na região que controla como esse gene é ativado interferem na capacidade de sobrevivência da levedura. Outro problema vem de um gene ligado à divisão celular, onde alterações estruturais perturbam o seu funcionamento normal.
A restauração das sequências de controle originais e a reintrodução de algumas moléculas de RNA auxiliar chamadas RNA de transferência ajudaram a resolver os problemas de desenvolvimento. De acordo com o professor Pretorius, “descobrimos erros importantes causados pela colocação de locais de recombinação perto de regiões reguladoras de genes, que tiveram consequências inesperadas na expressão genética e na aptidão celular”. Estas modificações permitiram que a levedura retomasse o crescimento saudável mesmo sob condições desafiadoras, agindo como a cepa natural.
Essas revisões levaram a insights valiosos. Muitos problemas foram detectados por pequenas etiquetas de DNA colocadas muito próximas de regiões que controlam genes importantes. A equipe respondeu criando uma versão mais pura chamada Synthetic Chromosome Sixteen Version 2.0. Esta versão atualizada removeu regiões problemáticas, melhorou os sinais de parada genética e reduziu o número de marcadores de DNA adicionados. Estas etapas permitiram que o cromossomo artificial funcionasse de forma mais eficiente e forneceram aos cientistas um modelo mais confiável para a criação de cromossomos artificiais em outros organismos.
Comprometidos com um processo de melhoria passo a passo, os pesquisadores seguiram um ciclo de design, testes e refinamento. Eles descobriram que, embora a levedura possa tolerar muitas alterações no seu material genético, algumas regiões – particularmente aquelas fora das regiões codificadoras de proteínas e genes com poucas substituições – requerem atenção especial. A reincorporação de todo o RNA de transferência ausente em um pequeno e único círculo de DNA melhora significativamente a saúde da levedura, especialmente sob condições estressantes de crescimento.
Estas lições do cromossoma sintético dezasseis, agora aplicadas a uma versão funcional robusta, fornecem à comunidade científica um exemplo concreto de como fazer cromossomas sintéticos que realmente funcionam. Estas descobertas podem ajudar a orientar a concepção de cromossomas feitos à medida, não só para leveduras, mas também para plantas e animais – onde a manutenção do equilíbrio genético é fundamental. Em última análise, este design cromossômico aprimorado exemplifica o que pode ser feito com as ferramentas genéticas atuais e fornece um roteiro útil para a criação de sistemas genômicos complexos que sejam estáveis, úteis e prontos para descobertas futuras.
Nota de diário
Gould HD, Crewkamp H, Erpf BE, et al. “Construção e Remodelação Sincronização Um sintético de 903 kb Saccharomyces cerevisiae Cromossoma.” Comunicações da Natureza, 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-55318-3
Sobre os professores
Professor Isaac Pretorius Uma figura importante em biologia sintética e biotecnologia, ele é mais conhecido por seu trabalho em genética de leveduras e engenharia genética. Baseado na Universidade Macquarie, na Austrália, ele tem sido fundamental nos esforços globais para projetar e desenvolver genomas eucarióticos sintéticos, incluindo o marco Projeto Genoma de Levedura Sintética. Com formação em microbiologia e paixão pela reprogramação de sistemas biológicos, o Professor Pretorius fez contribuições significativas para o desenvolvimento de ferramentas genéticas personalizadas para aplicações industriais e de pesquisa. A sua liderança une a ciência básica e a inovação aplicada, particularmente em áreas como vinificação, fermentação e bioengenharia. Ele é reconhecido por orientar pesquisadores emergentes e promover a colaboração internacional em projetos de todo o genoma.
Professor Ian Paulsen Ele é um distinto geneticista microbiano na Universidade Macquarie, onde se concentra em biologia computacional, biologia sintética e aplicações ambientais da ciência microbiana. Sua pesquisa expandiu o estudo da fisiologia microbiana, redes metabólicas e engenharia genética de microrganismos para fins biotecnológicos. Um contribuidor chave para o Projeto Genoma de Levedura Sintética, o Professor Paulsen traz uma abordagem baseada em dados para a compreensão e reengenharia de genomas microbianos. Seu trabalho frequentemente combina modelagem computacional e genética funcional para enfrentar desafios globais em sustentabilidade e biotecnologia industrial. Com um forte compromisso com a pesquisa interdisciplinar, ele é reconhecido por preencher a lacuna entre a biologia computacional e a ciência experimental.
Dr. Ele é um cientista sênior especializado em biologia molecular e engenharia genética. Ele é afiliado ao Departamento de Indústrias Primárias de Nova Gales do Sul e trabalhou extensivamente em aplicações de biologia sintética em leveduras e outros sistemas microbianos. Como um dos principais contribuidores para o design e depuração do cromossomo XVI sintético, o Dr. Gould ajudou a ampliar os limites da engenharia em escala genômica. Seu trabalho se concentra na melhoria da estabilidade, função e eficiência genética em organismos sintéticos. Com experiência prática em biologia aplicada, a pesquisa do Dr. Gould muitas vezes se traduz em ferramentas e estratégias com relevância industrial e agrícola mais ampla, incluindo biossegurança e biotecnologia sustentável.
Dr.Heinrich Kreukamp Ele é um biotecnologista microbiano conhecido por seu trabalho na construção de genoma sintético e engenharia celular. Baseado na Austrália e associado à Microbiogen e à Universidade Macquarie, ele contribuiu para grandes esforços internacionais para desenvolver cromossomos sintéticos de levedura. A experiência do Dr. Kroukamp está no crescimento de cepas, na otimização da fermentação e na solução de problemas biológicos em organismos modificados. No Projeto Genoma de Levedura Sintética, ele foi fundamental no teste, depuração e refinamento do DNA sintético para garantir crescimento e desempenho robustos. Sua pesquisa vincula o design molecular a resultados práticos, contribuindo para inovações em áreas como fermentação industrial, biomateriais renováveis e fisiologia microbiana.
