Concentre-se nos benefícios de construir sistemas da vida a partir do zero

Os cientistas inverteram a abordagem convencional de cima para baixo de estudar as células para construir novos sistemas celulares de baixo para cima.

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A evolução nunca produziu uma roda. Os seres humanos notoriamente fizeram isso — e passaram a maior parte do tempo desde a invenção da roda pedindo uns aos outros para não reinventá-lo. Este exemplo ilustra uma clara diferença entre duas abordagens para a solução de problemas. A natureza trabalha com o que tem de baixo para cima e, eventualmente, encontra uma solução através de um processo ineficiente de tentativa e erro. A natureza nunca se perguntou de forma explícita: como posso mover esse volume daqui para lá da maneira mais rápida e fácil possível? Assim, não há animais com rodas, ainda que muitos com pernas, asas e outras formas de se locomover. Os humanos tendem a adotar a abordagem oposta: reduzir, simplificar e quebrar um problema complexo para encontrar a solução mais eficiente.

Essa concepção humana de um problema é frequentemente descrita como análise top-down e, geralmente, é assim que a pesquisa em biologia celular prossegue. Mesmo onde a intenção geral da ciência é simplesmente expandir o conhecimento (comparado com o objetivo específico de engenharia orientado para a tarefa), a célula é um objeto complexo demais e sofisticado para analisar sem ser decomposto conceitualmente.

A análise top-down envolve um processo de decomposição. Assim, embora um pesquisador possa fazer uma carreira a partir da remoção do funcionamento de uma máquina celular, como um ribossomo ou uma mitocôndria, o ponto de partida para esses projetos sempre foi o papel dessas estruturas nas células existentes. O trabalho é dirigido pelo contexto em que se originou e no qual ele se dobra uma vez completo.

A decomposição e a execução de cima para baixo sobre como os sistemas funcionam é uma abordagem valiosa, mas pode não ser a melhor maneira de fazer um processo celular funcionar melhor — ou produzir um diferente que faça a mesma coisa, mas com mais eficiência. Para fazer isso, os pesquisadores devem ser capazes de deixar de lado o contexto, o sistema que a evolução gerou e, ao invés disso, projetar e construir um sistema a partir de componentes, a chamada abordagem bottom-up.

Pegue o verdadeiro desafio de encontrar uma maneira de copiar o processo natural da fotossíntese — o que poderia revolucionar a produção de energia. Como discutimos em uma reportagem, uma abordagem que os biólogos celulares estão adotando é misturar combinações incomuns de enzimas — incluindo algumas retiradas de bactérias e do fígado humano — para fazer diferentes versões de vias metabólicas envolvidas na fotossíntese e incorporá-las a um cloroplasto artificial.

Essa pesquisa, e outros trabalhos semelhantes, estão na vanguarda da biologia de abordagm bottom-up. Biólogos, físicos e químicos estão tentando reconstruir os processos celulares olhando novamente para as partes constituintes. Ao fazê-lo, argumentam, a ciência de baixo para cima pode ampliar o alcance dos pesquisadores e, talvez, oferecer alguns insights e soluções inovadoras para problemas de longa data.

Em uma edição especial desta semana, a Nature reúne uma série de artigos que discutem e exploram alguns dos desafios, oportunidades e complexidade desse campo emergente. Em sua biologia mais abrangente, de baixo para cima, poderia construir uma “célula” artificial reprodutora completamente a partir do zero. Mas é importante que os pesquisadores se concentrem nos benefícios de projetos tão ambiciosos, não apenas nos desafios intelectuais ou práticos. Uma matéria na seção Comment no site da Nature insta os biólogos bottom-up a mirar em aplicações definidas, como o sangue artificial.

A biologia de baixo para cima é tipicamente vista como diferente da “biologia sintética”, que geralmente se refere a um ramo emergente da biotecnologia que visa reunir alguns produtos altamente derivados (sintéticos) reunindo várias partes separadas em seqüências complexas de etapas elementares. Na busca desse objetivo, a biologia sintética usa abordagens top-down e bottom-up.

A criação de sistemas vivos de acordo com o design humano levanta algumas questões poderosas — e, não menos importante, quem receberia a responsabilidade de suscitar tais questões e como o trabalho e o resultado dele podem ser controlados e regulados. Por isso, é importante que os cientistas, os formuladores de políticas e o público sejam mantidos informados e consultados sobre até onde tal pesquisa poderia levar.

Fonte: Editorial. Nature 563, 155 (2018). doi: 10.1038/d41586-018-07285-1

Imagem de capa. Crédito: Steve Gschmeissner/SPL.

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