Palavra de Sá

Bactéria "zumbi" abre novas portas para biotecnologia e bioenergia

A Universidade de Aarhus, na Dinamarca, descobriu que algumas bactérias podem continuar produzindo DNA mesmo depois de mortas. O líder da pesquisa, Gabriel Minero, acredita que, no futuro, os cientistas poderão alterar a formação das moléculas produzidas por esses microrganismos para ajudar na decomposição de poluentes, por exemplo.

A pesquisa mostrou que além de ser modelo para a vida, o DNA possui propriedades químicas que o tornam útil para outros fins, o que abre novas possibilidades. Algumas áreas de potencial interesse para a descoberta são: a biotecnologia ambiental e a produção de bioenergia.

Minero acredita que no futuro será possível programar a produção de DNA das bactérias para criar diferentes materiais. Assim, em vez de produzir materiais biológicos, talvez as bactérias possam ser programadas para produzi-los onde quer que sejam necessários.

<><> Primeiros passos

No entanto, a pesquisa ainda dá os primeiros passos. O experimento foi realizado em laboratório com duas espécies bacterianas e modelos de DNA foram fornecidos pelos próprios pesquisadores.

Eles conseguiram demonstrar que é possível controlar qual DNA é produzido e, assim, conferir-lhe propriedades químicas específicas. Mas ainda é preciso mais pesquisa para provar que a tecnologia pode purificar água contaminada ou melhorar a produção prática de bioenergia.

<><> Processo de descoberta

Para realizar a descoberta, os pesquisadores partiram dos biofilmes das bactérias. O biofilme é uma comunidade de microrganismos (fungos ou bactérias), no caso de bactérias, que são envolvidas por uma substância pegajosa que contém DNA, e outras substâncias. 

Os pesquisadores usaram duas espécies de bactérias: Shewanella oneidensis e Bacillus subtilis. Onde as privaram de nutrientes, assim, despertaram alguns vírus que se multiplicaram e romperam as células das bactérias.

Quando as células se romperam, elas morrem. E tanto os componentes básicos do DNA quanto as enzimas especializadas são liberados. Porém, elas são liberadas dentro da comunidade do biofilme, e continuam funcionando, fabricando um novo DNA, mesmo do lado de fora da célula. “De certa forma, a vida continua depois que a bactéria morre”, diz Gabriel Minero.

Para descobrir se estavam realmente vendo DNA recém-produzido e não apenas resquícios das células rompidas, os pesquisadores adicionaram um pequeno anel de DNA produzido artificialmente às amostras. O anel servia como um modelo que as enzimas podiam copiar repetidamente. Entretanto, o novo DNA podia ser detectado, por possuir uma estrutura diferente.

Ao observar no microscópio, o DNA, produzido pelas enzimas soltas, combinou-se com outras substâncias e formou estruturas semelhantes a flores. Em uma espécie bacteriana e longos filamentos em outra. Quando os pesquisadores usaram a variante genética da bactéria que não sofreu o rompimento do vírus, nenhum DNA específico foi produzido.

Na pesquisa, Minero chama os vírus de “nanoarquitetos”. Embora eles matem algumas bactérias, os vírus também fornecem parte da maquinaria molecular que possibilita a continuidade da formação do biofilme.

Com isso, eles descobriram uma forma de alterar a enzima e determinar qual tipo de DNA será produzido. Na pesquisa eles fizeram com que as bactérias estudadas produzissem o G-quadruplexos, uma estrutura de DNA que se desdobra em formatos específicos e permitem que se liguem a outras moléculas e ajam como enzimas, acelerando algumas reações químicas.

•        Vírus sintético criado por IA pode revolucionar combate a bactérias

Pela primeira vez, a inteligência artificial (IA) foi usada para criar um vírus que não existe na natureza. O micro-organismo, descrito em um artigo na revista Science, também é capaz de se multiplicar em laboratório. Segundo os autores, o feito pode revolucionar o combate às infecções resistentes aos antibióticos. Mas a publicação também desencadeou um debate sobre biossegurança.

Os vírus produzidos sob o comando de pesquisadores da Universidade de Stanford e do Arc Institute, nos Estados Unidos, não infectam pessoas. São bacteriófagos — organismos que atacam exclusivamente bactérias. Utilizando modelos de inteligência artificial treinados com milhões de genomas, os cientistas desenharam centenas de versões inéditas desses micróbios.

Após a síntese em laboratório, 16 se mostraram funcionais e capazes de destruir cepas de Escherichia coli, patógeno que pode causar graves infecções urinárias e intestinais. Um coquetel formado pelos vírus artificiais conseguiu vencer as bactérias resistentes, com desempenho superior ao obtido com micro-organismos naturais semelhantes.

<><> Marco

Segundo os autores, o resultado representa um marco para a biologia sintética porque demonstra que algoritmos conseguem projetar genomas completos, e não apenas genes isolados. Até agora, essa capacidade permanecia fora do alcance da inteligência artificial devido à complexidade da organização genética.

O entusiasmo, porém, veio acompanhado de preocupação. Em um artigo também publicado na Science, Tom Inglesby e Moritz Hanke, do Centro de Segurança da Saúde da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, fizeram um alerta. "Embora isso seja promissor para aplicações em ciências da vida, também levanta questões urgentes de biossegurança e bioproteção. A capacidade de compor genomas virais usando IA generativa já existe; a governança para controlá-la com segurança, não", escreveram.

Para especialistas em biossegurança, a pesquisa evidencia uma lacuna crescente entre a velocidade dos avanços tecnológicos e os mecanismos internacionais de controle. O temor não está no estudo em si — conduzido com vírus incapazes de infectar seres humanos e desenvolvido sob protocolos rígidos de segurança —, mas no fato de que técnicas semelhantes poderão, no futuro, ser aplicadas a microrganismos muito mais perigosos. No texto escrito para a Science, Inglesby e Hanke destacaram que o problema não é apenas controlar os modelos de inteligência artificial, "mas todo o ecossistema que permite transformar sequências digitais em organismos reais, incluindo empresas que sintetizam DNA e laboratórios capazes de produzir esses micro-organismos".

Os próprios autores do estudo reconheceram, no artigo, que qualquer aplicação futura dependerá de rigorosos mecanismos de segurança. Eles destacaram, porém, que o estudo concentrou-se em bacteriófagos justamente porque esses vírus são pequenos, bem conhecidos pela ciência e incapazes de causar doenças em humanos.

<><> Benefícios

Os cientistas de Stanford e do Arc Institute também destacam que os benefícios potenciais da técnica são expressivos, em um momento no qual muitas bactérias adquiriram resistência aos antibióticos. Segundo a Organização Mundial da Saúde, a perda de eficácia dessa classe de medicamentos é uma das maiores ameaças à saúde pública.

Como a IA possibilitou a criação de centenas de bacteriófagos, os autores dizem que têm em mãos um arsenal capaz de desafiar mesmo as cepas mais resistentes "Se a bactéria adquire resistência a um dos vírus artificiais, é o fim para o medicamento. Mas se você tiver vários vírus geneticamente distintos em uma mistura, será mais difícil para a bactéria desenvolver resistência a todo o coquetel", explicou, em nota, o engenheiro bioquímico Brian Hie, um dos autores do estudo.

Apesar de o experimento descrito na Science ser apenas uma prova de conceito — a demonstração de que uma ideia é viável —, Hie acredita que abordagens semelhantes podem ser usadas para desenvolver vírus que tenham como alvo outras bactérias nocivas, como a Staphylococcus aureus, causadora da tuberculose e resistente ao antibiótico meticilina, e a Pseudomonas aeruginosa, uma das principais causas de infecções hospitalares.

 >>>> Palavra de especialista - Simon Clarke, professor de microbiologia celular da Universidade de Reading, na Inglaterra

"Embora não haja trabalhos, até o momento, utilizando inteligência artificial para gerar patógenos humanos, essa capacidade levanta questões éticas significativas, pois confirma que a tecnologia para gerar vírus mais adaptados já existe e pode ser aplicada com mais eficiência do que antes. Como os autores destacam, isso levanta sérias preocupações regulatórias e de segurança, para dizer o mínimo. Embora trabalhos dessa natureza sejam normalmente rigorosamente regulamentados, é reconfortante que esses cientistas tenham demonstrado maior cautela ao estabelecer importantes medidas de proteção, mas não há garantia de que todos os outros cientistas que tentarem fazer algo semelhante serão tão cuidadosos."

 

Fonte: Correio Braziliense