Num laboratório da Universidade de Minnesota, uma pequena bolha come, cresce, compete, divide e replica – quase tudo o que uma célula viva faz. Chamada de SpudCell, seus criadores dizem que é a primeira célula sintética a completar um ciclo de vida celular completo. O anúncio da célula sintética no início deste mês foi recebido com uma mistura de choque e admiração, com muitos questionando se ela poderia ser considerada viva. Mas depois de apenas cinco gerações, algo quebra dentro do SpudCell – e alguns especialistas argumentam que, afinal, pode não estar tão perto da vida.
O SpudCell se assemelha em grande parte a uma célula viva, com uma membrana lipídica e um genoma pequeno, apesar de ser costurado a partir de uma lista de ingredientes não vivos. Ele pode realizar funções celulares básicas, mas fica aquém da vida. Tem que bastante ajuda externa continue e, mesmo assim, não consegue manter o seu ciclo de vida por mais do que algumas gerações. A razão pode ter a ver com uma estrutura crucial nas células chamada ribossomo.
O ribossomo é a “máquina molecular” de uma célula, explica Michael Jewett, bioengenheiro da Universidade de Stanford, que não esteve envolvido no projeto SpudCell. O ribossomo traduz algumas instruções genéticas para produzir proteínas, que são cadeias de aminoácidos que fazem quase tudo que uma célula precisa para sobreviver e prosperar. Outra maneira de pensar sobre isso, diz ele, é que se o DNA é o livro de receitas e o RNA é o cartão de receitas, então o ribossomo é o “chef” que prepara o prato final.
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O SpudCell não tem chef. O genoma contém instruções para nutrição, crescimento, cópia e divisão, mas não para a construção de ribossomos a partir do zero. Em vez disso, a célula pega emprestado ribossomos da bactéria Escherichia coli. Os pesquisadores fornecem o E. coli ribossomos, juntamente com lipídios e nutrientes, para a célula através de pequenas gotículas, ou lipossomas.
Esses ribossomos emprestados mantêm a produção de proteínas do SpudCells por um tempo. Mas depois de cinco rondas de divisão, decaem até ao ponto em que as células “frouxem um pouco”, explica Aaron Engelhart, geneticista e biólogo celular da Universidade do Minnesota, que trabalhou no projecto. “Não podemos fazer com que eles passem por rodadas divisionais sucessivas e se comportem como no início.”
A microscopia fluorescente de SpudCell – uma célula sintética composta inteiramente de componentes químicos não vivos – sofre divisão.
Kate Adamala / Laboratório Adamala
Exatamente por que as células oscilam é uma questão em aberto. Jewett sugere que a diluição pode ser a culpada. À medida que as células sintéticas crescem e se dividem, os seus ribossomas podem espalhar-se até “não haver ‘biscoitos’ biológicos suficientes para nos segurar”, diz ele.
Herança defeituosa também pode ser o problema. Como o genoma das SpudCells é dividido entre vários pedaços separados de DNA em vez de uma única molécula, como numa célula real, algumas das células sintéticas não podem herdar um conjunto completo de genes. Após cinco rodadas, apenas cerca de 30% das células herdaram uma cópia completa do genoma original, de acordo com as descobertas da equipe, que foram relatadas no servidor de pré-impressão bioRxiv e ainda não foram revisadas por pares. “Não sabemos se cada componente obtém absolutamente tudo o que precisa em cada rodada de divisão”, diz Engelhart.
Isso pode estar relacionado à forma como as células estão organizadas. Uma célula viva se divide através de “um processo lindamente coreografado”, diz Engelhart. SpudCell se divide por um mecanismo muito mais simples, onde as proteínas atravessam sua membrana até que o estresse a divida em duas.
O interior de uma cela tem “tudo embalado contra todo o resto”, mas de forma organizada, diz Engelhart. Reproduzir essa sequência é difícil “e também uma peça muito importante do quebra-cabeça”, diz ele. O SpudCell simplesmente não possui esse nível de organização, ou seja, ao se dividir, as peças podem ser distribuídas aleatoriamente.
O SpudCell também não consegue reconstruir os seus ribossomas – não possui os genes para o fazer. Engelhart diz que em trabalhos futuros estes genes poderão ser incluídos, mas que montar um ribossomo a partir do zero “é um campo completo em si”. A equipa está a trabalhar para construir ribossomas a partir de instruções genéticas, um processo que envolve a síntese de dezenas de proteínas e cadeias de ARN envolvidas e a sua montagem na ordem correcta.
Mesmo que o SpudCell não esteja ativo, talvez não precise ser completamente independente para ser útil. Jewett ressalta que existem muitas aplicações, como entrega de medicamentos e diagnósticos, que não requerem uma célula que se reconstrua completamente, mas poderiam se beneficiar de um fac-símile como o SpudCell. Jewett aponta para um teste de água desenvolvido pelo seu laboratório: Este sistema sem células está incorporado com uma programação genética que lhe permite mudar de cor na presença de água poluída. Do ponto de vista da engenharia, o sistema só precisa rodar seu circuito uma vez, e não indefinidamente, para realizar o trabalho. “Você realmente não precisa de uma célula sintética”, diz ele. “Você realmente só precisa ser capaz de capturar ou aproveitar os processos biológicos dos organismos vivos.”
“Estamos muito longe de algo completamente auto-replicável”, diz Jewett. Mas construir células a partir do zero pode ajudar os investigadores a compreender verdadeiramente o que é uma célula, acrescenta.
“Para mim, isso é fascinante de imaginar.”
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