Há muito tempo os cientistas sonham em descobrir a alquimia capaz de transformar substâncias químicas em vida. Na quarta-feira, uma equipe da Universidade de Minnesota anunciou que deu um passo importante em direção a esse objetivo. Ao combinar dezenas de ingredientes, os pesquisadores sintetizaram células simples que se alimentam, crescem, se reproduzem e competem entre si por alimento. Embora essas células ainda não sejam plenamente vivas, elas apresentam quase todas as características fundamentais da vida. — A vida não é algo binário — diz Kate Adamala, bióloga sintética que liderou a pesquisa. — É por isso que hesito em chamar isso de 'vivo'. Não existe uma linha divisória clara, por mais que gostaríamos que existisse. Até agora, os cientistas nunca haviam dominado a fórmula para criar uma célula capaz de desempenhar tantas funções, afirmou John Glass, biólogo sintético do Instituto J. Craig Venter, em La Jolla, Califórnia, que não participou do estudo. — É impressionante que ela tenha conseguido reunir tudo isso — destaca. Drew Endy, biólogo sintético da Universidade Stanford, afirma: — É uma célula construída, não nascida. Ela foi fabricada, mas faz o que as células fazem. Adamala deu à sua criação o nome de SpudCell, em referência à sua aparência semelhante à de uma batata — spud é uma forma informal de dizer "batata" em inglês. Em vez de patentear a tecnologia, ela e Endy estão organizando uma comunidade de cientistas para tornar as SpudCells ainda mais próximas de organismos vivos e adaptá-las a novos tipos de experimentos. Eles e seus colegas fundaram uma organização de pesquisa sem fins lucrativos chamada Biotic, que, segundo Endy, deverá investir centenas de milhões de dólares nesse esforço ao longo da próxima década. Espera-se que centenas de cientistas participem da iniciativa. — Vamos nos lembrar deste momento — diz Roseanna Zia, bióloga computacional da Universidade do Missouri, que não participou do projeto. Um passo em direção à vida artificial Adamala e seus colegas publicaram na internet um relatório de 190 páginas descrevendo seu trabalho. A pesquisa está atualmente em processo de revisão para publicação em uma revista científica. Os cientistas esperam que as células sintéticas revelem aspectos da vida que as células naturais não conseguem esclarecer, incluindo questões fundamentais, como quantos genes são necessários para constituir a forma mais simples de vida. Além disso, no futuro, essas células sintéticas poderão ser projetadas para realizar tarefas impossíveis para células naturais, como produzir novos tipos de medicamentos ou remover grandes quantidades de dióxido de carbono da atmosfera. Em teoria, SpudCells modificadas poderiam fabricar uma enorme variedade de proteínas que células naturais não conseguem produzir, ou até compostos tóxicos, como combustíveis para foguetes. — Agora podemos pensar em realizar processos químicos que mal começamos a compreender — ressalta Glass. O problema da vida como a conhecemos é sua complexidade misteriosa e extremamente intrincada. Nosso próprio DNA contém dezenas de milhares de genes, além de milhões de interruptores moleculares que ativam e desativam esses genes. Os cientistas ainda entendem muito pouco sobre a função de muitos desses trechos de DNA. Frequentemente, um gene que parecia completamente compreendido acaba desempenhando funções adicionais inesperadas. Uma maneira de contornar essa complexidade é simplificar o sistema. Na década de 1990, uma equipe liderada pelo falecido biólogo Craig Venter começou a estudar um microrganismo que possuía menos de mil genes. Posteriormente, o grupo — hoje liderado por Glass — conseguiu reduzir o genoma desse microrganismo para apenas 525 genes considerados essenciais. Em um artigo publicado em 2016, a equipe informou que ainda não sabia qual era a função de cerca de um terço desses genes. Ao longo da última década, Glass e seus colegas tentaram resolver esse quebra-cabeça, mas ainda hoje não conseguem explicar o papel de 56 deles. — Ainda existem funções essenciais que toda célula precisa desempenhar e que nós simplesmente não compreendemos — afirma Glass. Enquanto isso, outros pesquisadores atacaram o problema pelo caminho oposto. Em vez de trabalhar de cima para baixo, eles seguiram uma abordagem de baixo para cima, tentando combinar moléculas sem vida para produzir uma célula viva. Desde a década de 1990, diversos laboratórios passaram a enfrentar pequenas partes desse desafio. Alguns aperfeiçoaram métodos para criar bolhas ocas a partir de moléculas oleosas. Outros encontraram maneiras de encapsular moléculas genéticas simples dentro dessas bolhas. Mas os cientistas tinham dificuldade em integrar essas diferentes peças em sistemas mais complexos — quanto mais em algo que pudesse ser chamado de célula. Como nasceu a SpudCell Nos últimos anos, Adamala decidiu enfrentar um dos desafios mais fundamentais: a divisão celular. Nas células naturais, esse processo depende de proteínas que se unem formando um anel preso à parede interna da célula. Esse anel vai se contraindo gradualmente até estrangular a célula e dividi-la em duas. Outras proteínas funcionam como pequenos guinchos, deslocando o DNA e outras moléculas para as novas células em formação, garantindo que elas recebam os componentes necessários para continuar vivas. Inicialmente, Adamala tentou construir uma versão simplificada desse sistema natural. Depois, porém, decidiu abandonar a ideia de imitar as células reais. Biofísicos haviam descoberto que certas proteínas, quando aderem a uma membrana, geram uma pressão capaz de fazê-la se curvar. Adamala e sua equipe criaram bolhas capazes de capturar proteínas que flutuavam ao seu redor. Quando uma bolha acumulava proteínas suficientes, sua superfície começava a se dobrar para dentro até se dividir em duas. Embora a ideia fosse simples, fazê-la funcionar no laboratório exigiu um ano inteiro de experimentos. — Mas, depois que funciona, funciona — explica Adamala. Esse sucesso levou a equipe a tentar construir uma célula sintética completa.O primeiro passo foi preparar um caldo contendo todas as moléculas necessárias para o funcionamento de uma célula. A receita acabou reunindo cerca de uma centena de proteínas e moléculas simples indispensáveis para reações químicas essenciais, como a produção de novas proteínas a partir de genes. Os pesquisadores também forneceram à célula sintética genes retirados de um vírus e da bactéria extremamente comum Escherichia coli. Eles selecionaram 36 genes responsáveis por funções básicas, como a replicação do DNA. Depois de misturar todos esses ingredientes em uma solução, os cientistas acrescentaram os componentes necessários para formar membranas. Espontaneamente, essas moléculas se organizaram em bolhas, cada uma aprisionando parte da mistura em seu interior. Muitas dessas bolhas acabaram encapsulando a combinação correta de genes, proteínas e outras moléculas. Assim, começaram a realizar as mesmas reações químicas observadas em células reais. Alimentação, crescimento e reprodução Enquanto as novas células flutuavam em frascos de laboratório, Adamala e seus colegas adicionaram alimento. As células absorviam pequenas moléculas através de canais presentes em sua superfície. Os cientistas também introduziram pequenas bolhas carregadas de proteínas e outras moléculas grandes demais para atravessar esses canais. Quando uma célula colidia e se fundia com uma dessas bolhas, conseguia consumir o conteúdo armazenado em seu interior. À medida que se alimentavam, as células cresciam. Em apenas algumas horas, já estavam grandes o suficiente para se dividir. Os pesquisadores então adicionaram uma proteína especial aos frascos. Ela se ligava à superfície das células e forçava a membrana a se dobrar para dentro. Assim que a célula se dividia em duas, ambas as novas células continuavam crescendo. Nesse ponto, as SpudCells já conseguiam crescer, alimentar-se e se reproduzir. E, para surpresa da equipe, elas também demonstraram uma capacidade rudimentar de evoluir. Adamala e seus colegas criaram uma versão mutante da célula que se ligava com mais facilidade às bolhas cheias de nutrientes que flutuavam ao seu redor. Para testar essa vantagem, prepararam uma mistura contendo metade de SpudCells originais e metade de mutantes. As células competiram por alimento durante cinco gerações. Ao final do experimento, as mutantes eram maioria, indicando que conseguiam obter alimento com mais eficiência do que as células originais. — Esse é o resultado realmente revolucionário deste trabalho — ressalta Zia. Segundo ela, os cientistas poderão colocar diferentes células sintéticas para competir entre si e, assim, desenvolver rapidamente versões cada vez mais sofisticadas. Ainda não é vida Apesar de todas essas evidências de comportamento semelhante ao da vida, a SpudCell ainda apresenta limitações importantes. Para começar, ela não consegue fabricar a fábrica molecular responsável pela produção de novas proteínas: o ribossomo. As células carregam todos os genes necessários para construir ribossomos, mas, por algum motivo, seus componentes não conseguem se montar corretamente. Por enquanto, Adamala e seus colegas precisam fornecer ribossomos já prontos às SpudCells. Essa solução, porém, tem prazo de validade: as células conseguem continuar produzindo proteínas por apenas cinco a dez gerações antes que seus ribossomos se tornem defeituosos. — Não quero dizer que ela morre, mas ela deixa de funcionar — diz Adamala. Quando Adamala apresentou a SpudCell a Drew Endy no ano passado, ele ficou tão impressionado que decidiu ajudá-la a fundar a Biotic, a organização sem fins lucrativos destinada a reunir uma comunidade internacional de pesquisadores dedicados às SpudCells. — Estou dedicando o trabalho da minha vida a isso — destaca Endy. Uma das primeiras missões da Biotic será facilitar a criação de SpudCells por outros laboratórios. Hoje, Adamala consegue produzir um novo lote dessas células em aproximadamente um dia. Mas isso só é possível porque seu laboratório dispõe de freezers repletos de proteínas purificadas e porque ela domina cada detalhe da receita. A expectativa da Biotic é disponibilizar protocolos mais simples e fornecer os ingredientes necessários para que outros pesquisadores possam reproduzir o processo com facilidade. Endy espera que essa abordagem de código aberto incentive cientistas do mundo todo a colaborar no desenvolvimento de novas versões das SpudCells, incorporando características ainda mais marcantes da vida, como a capacidade de produzir seus próprios ribossomos e de se dividir indefinidamente. — Isso é completamente viável — afirma Glass. Os pesquisadores da Biotic já estão organizando seu primeiro encontro, previsto para setembro, na Filadélfia. Entre as principais prioridades estará a criação de diretrizes formais para garantir que essa área de pesquisa seja conduzida de maneira segura e responsável. No momento, a célula sintética sobrevive apenas por algumas gerações e depende de uma dieta especial de laboratório. No entanto, versões futuras poderão ser muito mais robustas, levantando a possibilidade de que alguém venha a utilizar as SpudCells de forma antiética, talvez até para desenvolver uma arma biológica. Endy acredita que uma comunidade científica aberta e colaborativa estará mais bem preparada para impedir esse tipo de uso indevido. — Podemos discutir essas questões desde já, em vez de esperar que outra pessoa faça isso e, então, apenas reagirmos — diz. Endy compara as SpudCells ao Wright Flyer, o avião rudimentar que os irmãos Wright utilizaram para realizar, em 1903, o primeiro voo controlado e sustentado da história, marco que inaugurou a era da aviação. — O Wright Flyer voar por 12 segundos não levou diretamente a um Boeing 737 — afirma Endy. — Isto é apenas o começo.