Bioengenheiros modelaram o funcionamento da forma de vida sintética mais básica do mundo

A vida é complicada. Mesmo as menores células contêm uma surpreendente variedade de reações químicas que lhes permitem prosperar em um ambiente caótico.

Se quisermos saber onde traçar a linha entre a vida e as bolhas de um caldo orgânico antiquado, ajuda a remover aditivos desnecessários para expor ingredientes essenciais e, em seguida, mapear como cada um funciona.

Este tem sido o objetivo dos bioquímicos por vários anos, que, ao longo dos anos, conseguiram projetar alguns organismos básicos surpreendentes que mal se apegam à vida no laboratório.

Agora, cientistas do Instituto J. Craig Venter, da Universidade de Illinois Urbana-Champaign nos EUA e da Technische Universität Dresden na Alemanha deram o próximo passo e construíram uma simulação detalhada do mais recente micróbio simples.

“O que há de novo aqui é que desenvolvemos um modelo cinemático 3D totalmente dinâmico de uma pequena célula viva que simula o que acontece em uma célula real”. Diz Químico, Universidade de Illinois, Urbana-Champaign, Zedda Luthy Schulten.

Luthey-Schulten liderou uma equipe de pesquisadores na análise das diversas mudanças genéticas, metabólicas e estruturais que ocorrem em uma cultura proliferante de uma bactéria sintética chamada JCVI-syn3A.

Simule o trabalho dos organismos mais simples, como tipos micoplasma Ou o micróbio comum Escherichia coli, ainda requer alguns operadores matemáticos para modelar as operações de muitos subsistemas em grande escala. Não teria sido possível tecer toda uma série de descrições detalhadas de tudo, de genes a nutrientes, mesmo para essa bactéria relativamente simples.

no início dos anos 2000No estudo, pesquisadores do J. Craig Venter Institute removeram o maior número possível de genes Micoides de micoplasma, deixando a cópia que estava prestes a sobreviver.

Essa forma de vida artificial, chamada JCVI-syn1.0, logo foi substituída por algo mais básico. JCVI-syn3.0.

Esta versão atualizada contém apenas 531.000 bases divididas em 473 genes. Com todas as suas necessidades nutricionais que o laboratório fornece, o genoma dos ossos é deixado para cuidar da reprodução, crescimento e um pouco de outras coisas.

No entanto, JCVI-syn3.0 não é completamente consistente em seu crescimento, resultando em uma diversidade desconcertante de polimorfos em sua progênie. Alguns genes reapareceram, dando origem à mais nova versão da small cell: JCVI-syn3A.

No entanto, seus criadores têm uma forte ideia de quais genes sua célula artificial contém Eles ainda estão trabalhando nisso Exatamente o que cada um faz.

Para tornar as coisas ainda mais difíceis, é crucial saber como cada átomo e molécula se propaga através da célula, uma descrição que exigiria um poder computacional pesado para simular.

“Desenvolvemos um modelo cinético e dinâmico totalmente 3D de uma pequena célula viva” Diz Lothi Schulten.

“Nosso modelo abre uma janela para o funcionamento interno da célula, mostrando-nos como todos os componentes interagem e mudam em resposta a sinais internos e externos. Este modelo – e outros modelos mais complexos que virão – nos ajudarão a entender melhor os princípios básicos de vida.”

As simulações confirmaram algumas dúvidas, como o fato de que a maior parte da energia da célula em miniatura foi para puxar materiais do núcleo através das membranas.

Ele também forneceu uma descrição precisa das escalas de tempo das interações genéticas e metabólicas, explicando as relações entre a taxa de produção de lipídios e proteínas na membrana e as mudanças na forma da célula.

Como os JCVI-syn3A são essencialmente versões abreviadas de um organismo natural, eles são apenas um exemplo de como as funções biológicas podem ser minimizadas. A vida não é nada senão criativa em como superar obstáculos para sobreviver.

Agora que temos um modelo comprovado para simular o crescimento e desenvolvimento do JCVI-syn3A, os pesquisadores podem construir sua complexidade novamente para determinar como diferentes genes contribuem para sua função.

Podemos esperar não apenas novas versões “leves” M. mycoides, mas outros organismos em um futuro próximo. Se não inteiramente novas formas de vida artificial.

A vida ainda pode ser complicada, mas estudar ficou muito mais fácil.

Esta pesquisa foi publicada em célula.