As etapas da operação do biocomputador. A célula mais escura é uma célula saudável, e a célula verde é uma célula cancerosa HeLa. Em cima, o DNA (fitas azuis) é injetado nas células. Na linha do meio, o circuito detecta o perfil miRNA e desencadeia a morte celular. Na linha inferior, a célula verde sofre apoptose, enquanto a célula saudável permanece intacta.[Imagem: Yaakov Benenson]
Biocomputador
Cientistas incorporaram um computador biológico em células humanas in vitro.
O processador biológico reconhece determinadas células cancerosas usando combinações lógicas de cinco fatores moleculares específicos do câncer
Ao encontrar as células, o computador biológico à base de DNA dispara o mecanismo de autodestruição das células, a chamada apoptose, destruindo o tumor.
No futuro, processadores biológicos desse tipo poderão ser usados para o estudo de novos medicamentos e para tratar ou prevenir doenças.
Lógica booleana biológica
Zhen Xie e seus colegas do Instituto ETH, da Suíça, projetaram um circuito regulatório que detecta os níveis de um conjunto de microRNAs expressos em uma célula-alvo.
Quando encontra uma correspondência, que só existirá nas células cancerosas, o circuito aciona o processo de autodestruição celular, sem afetar as células normais.
Xie trabalha com o Dr. Yaakov Benenson, um dos pioneiros no campo dos computadores biológicos, "circuitos" à base de moléculas de DNA que operam em células vivas.
"Os fatores miRNA são submetidos a cálculos booleanos em cada célula onde são detectados. O biocomputador combina os fatores usando operações lógicas como AND e NOT, e somente gera o resultado necessário, ou seja, a morte celular, quando o cálculo inteiro com todos os fatores resulta em um valor lógico TRUE," explica o Dr. Benenson.
Cálculo preciso
O principal objetivo da equipe é construir
biocomputadores que detectem moléculas que contenham informações importantes sobre o bem-estar das células e processem essas informações para direcionar a resposta terapêutica apropriada quando a célula encontrada for anormal.
Agora, pela primeira vez eles criaram um "circuito" sintético multi-gene, cuja tarefa é distinguir entre o câncer e as células saudáveis e, posteriormente, induzir as células-alvo a se destruírem - sem a aplicação de nenhuma droga quimioterápica, por exemplo.
Os cientistas testaram a sua "rede genética" em dois tipos de células humanas cultivadas em laboratório: células do câncer cervical, chamadas de células HeLa, e células normais.
O biocomputador genético identificou e causou a destruição das células HeLa, mas não afetou as células saudáveis.
O circuito faz uma identificação positiva apenas quando todos os cinco fatores específicos do câncer estão presentes na célula, resultando em uma detecção do câncer de alta precisão.
Os pesquisadores esperam que o desenvolvimento possa servir de base para tratamentos anti-câncer muito específicos, embora o computador biológico sintético ainda esteja longe de poder ser testado em humanos.
Ficção científica possível
A seguir, a equipe pretende testar essa computação celular - filha de uma área emergente de pesquisas conhecida como biologia sintética - em um modelo animal.
Pode parecer ficção científica, mas Benenson acredita que isto é viável.
Talvez viável, mas não fácil: ainda existem problemas difíceis de resolver como, por exemplo, a inserção de genes estranhos em uma célula de forma eficiente e segura.
"Estamos ainda muito longe de um método de tratamento totalmente funcional para humanos. Este trabalho, entretanto, é um primeiro passo importante que demonstra a viabilidade de um método seletivo de diagnóstico ao nível de uma célula individual," disse Benenson.
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