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Sábado, Agosto 13, 2022

A simulação mais completa de uma célula sonda as regras ocultas da vida

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Do bizarro criaturas nas profundezas dos oceanos para as bactérias dentro de nossos corpos, toda a vida na Terra consiste em células. Mas temos apenas uma ideia muito aproximada de como até mesmo a mais simples dessas células funciona.

Agora, como descrito recentemente dentro Célula, uma equipe da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign e seus colegas criaram a simulação de computador mais completa já feita de uma célula viva. Com esse modelo digital, os biólogos podem romper as restrições da natureza e acelerar sua exploração de como a unidade mais básica da vida funciona – e o que aconteceria se ela funcionasse de forma diferente.

“Imagine ser capaz de uma simulação … recuperar resultados que levariam muitos, muitos experimentos para fazer”, disse o autor sênior, Zaida (Zan) Luthey Schulten, que liderou o grupo que conduziu as simulações na Universidade de Illinois. Usando o modelo, ela e seus colegas já fizeram descobertas surpreendentes sobre a fisiologia e o ciclo reprodutivo de sua célula modelada, e a simulação continua servindo como gerador de ideias para novos experimentos.

“Esta é a primeira vez que podemos ter um olhar computacional realmente cuidadoso em um metabolismo de todo um sistema complexo – não apenas uma reação bioquímica ou um sistema muito artificial, mas uma célula viva inteira”, disse. Kate Adamala, um biólogo sintético e professor assistente da Universidade de Minnesota que não esteve envolvido no estudo. Durante anos, os cientistas tentaram modelar células inteiras e prever sua biologia com precisão, mas falharam porque a maioria das células é muito complexa. “É difícil construir um modelo se você não sabe quais peças de Lego vão nele”, disse Adamala.

Mas a célula com a qual o grupo de Illinois está trabalhando é tão simples, com muito menos genes do que qualquer outra célula, que sua fisiologia é mais facilmente sondada, tornando-a uma plataforma ideal para um modelo.

A célula em questão é uma “célula mínima” feita em laboratório que oscila na linha entre a vida e a não vida, carregando um número limitado de genes, a maioria deles necessários para a sobrevivência. Ao replicar os processos bioquímicos conhecidos que acontecem dentro dessa célula muito básica e rastrear todos os nutrientes, resíduos, produtos gênicos e outras moléculas que se movem por ela em três dimensões, a simulação aproxima os cientistas da compreensão de como a forma de vida mais simples se sustenta e revela algumas das necessidades básicas da vida.

As descobertas são um trampolim para a construção de modelos de células naturais que são mais complexos e significativos. Se os cientistas puderem construir uma simulação igualmente detalhada da bactéria intestinal comum Escherichia colipor exemplo, “isso seria um divisor de águas absoluto, porque toda a nossa biofabricação é executada em E. coli”, disse Adamala.

Uma vida digital

A célula mínima que a equipe modelou, JCVI-syn3Aé uma versão atualizada de uma desenvolvida por biólogos sintéticos do J. Craig Venter Institute e apresentado em Ciência em 2016. Seu genoma é projetado após o da bactéria muito simples Mycoplasmas mycoides, mas despojados de genes que os cientistas do projeto determinaram sistematicamente não serem essenciais para a vida. JCVI-syn3A sobrevive com meros 493 genes, aproximadamente metade do número de sua inspiração bacteriana e apenas cerca de um oitavo do número E. coli tem.

Embora simples, a célula ainda é enigmática. Por exemplo, ninguém sabe o que 94 desses genes fazem, exceto que a célula morre sem eles. Sua presença sugere que pode haver “tarefas vivas ou funções essenciais para a vida que … a ciência é alheia”, disse John Glasscoautora do novo estudo, líder do grupo de biologia sintética do Instituto Venter e parte da equipe que desenvolveu a célula mínima em 2016. Com a modelagem, os pesquisadores esperam poder começar rapidamente a desvendar alguns desses mistérios.



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