Linguagem de programação de bactérias é criada pelo MIT

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Ray Kurzweil já previra que em menos de 40 anos alteraríamos o organismo como se altera um software. Eis que surge a linguagem de programaçã...

Ray Kurzweil já previra que em menos de 40 anos alteraríamos o organismo como se altera um software. Eis que surge a linguagem de programação de organismos.

As previsões sobre a imortalidade e singularidade tecnológica de Ray podem estar mais próximas de se concretizarem. Pesquisadores do MIT criaram uma linguagem de programação que permitirá que qualquer um codifique circuitos complexos dentro do DNA de células vivas.



Isso possibilitará introduzir novas funções às células, como sensores ambientais que farão com que as células detectem e respondam a certas condições em seu meio.

“Literalmente é uma linguagem de programação para as bactérias. Você usar uma linguagem baseada em texto, como se você estivesse programando um computador. Então você pega esse texto e o compila e ele é transformado em uma sequência de DNA e o circuito é executado no interior da célula”.
Christopher Voigt. Professor de bioengenharia do MIT

Voig e seus colegas da Boston University e do National Institute of Standards and Technology descreveram essa linguagem, baseada na Verilog, linguagem usada na programação de chips, na edição 1 de abril da revista Science.

Programando nessa linguagem, os pesquisadores desenvolveram 60 circuitos biológicos com funções diferentes, e 45 deles funcionaram corretamente na primeira vez foram testados. Muitos dos circuitos foram concebidos para medir uma ou mais condições ambientais, tais como o nível de oxigênio ou de concentração de glicose, e responder adequadamente.

Outro circuito foi desenhado para classificar três entradas diferentes e então responder com base na prioridade de cada uma. Um dos novos circuitos é o maior circuito biológico já desenvolvido, contendo sete portas lógicas e cerca de 12.000 pares de bases nitrogenadas do DNA.

É muito personalizável.

Para criar uma versão da linguagem que funcionasse com as células, os pesquisadores projetaram elementos como portas lógicas e sensores que podem ser codificados no DNA de uma célula bacteriana. Os sensores podem detectar compostos diferentes, tais como oxigênio ou glucose, bem como a luz, temperatura, acidez, e outras condições ambientais. Os usuários também podem adicionar seus próprios sensores.

De acordo com o professor Voigt, o maior desafio foi projetar as 14 portas lógicas usados ​​nos circuitos de modo que eles não interferissem uns com os outros, uma vez colocado no ambiente complexo de uma célula viva.

Não é necessário experiência prévia

Você poderia ser completamente ingênuo a respeito de como tudo isso funciona. Isso é o que é realmente diferente sobre isso. Você pode ser um estudante na escola e ir para o servidor baseado na Web e digitar o programa que você quer, e ele cospe de volta a sequência de DNA.

Nos últimos 15 anos, biólogos e engenheiros projetaram muitas funções genéticas, tais como sensores, interruptores de memória e relógios biológicos, que podem ser combinados para modificar funções celulares existentes e adicionar novas.


No entanto, projetar cada circuito é um processo trabalhoso que exige grande perícia e muitas vezes um monte de tentativa e erro.

Você tem que ter esse conhecimento muito íntimo de como essas peças vão funcionar e como elas se comportarão juntas.


Em um novo software - chamado Cello - o usuário inicialmente especifica o tipo de célula que eles estão usando e o que quer que ele faça: por exemplo, sentir condições metabólicas no intestino e produzir uma droga em resposta.


Então ele digita os comandos, em Verilog,  para explicar como essas entradas e saídas devem estar logicamente conectadas. Finalmente, Cello traduz esta informação para projetar uma sequência de DNA que, quando colocado em uma célula, irá executar o que foi projetado.

Portabilidade


Na versão atual da linguagem de programação, estas peças genéticas estão otimizados para a bactéria E. coli, mas os pesquisadores estão trabalhando na expansão do idioma para outras estirpes, incluindo Bacteroides, comumente encontrados no intestino humano, e Pseudomonas, que muitas vezes vive em raízes de plantas, bem como da levedura Saccharomyces cerevisiae. Isso permitiria que os usuários escrevessem um único programa e fizessem a compilação para diferentes organismos para obter a sequência de DNA adequada para cada um.



Uma outra vantagem desta técnica é a sua velocidade. Voigt diz que: "levaria anos para construir esses tipos de circuitos. Agora é só você apertar o botão e começar imediatamente uma sequência de DNA para testar".

Aplicações


Sua equipe planeja trabalhar em várias aplicações diferentes usando esta abordagem: as bactérias que podem ser engolidas para ajudar na digestão da lactose; bactérias que podem viver em raízes das plantas e produzir inseticida, se eles sentem a planta está sob ataque; e fungos que podem ser manipuladas para desligar quando eles estão a produzir muitos subprodutos tóxicos em um reactor de fermentação.


Fonte: MIT News
[Visto no Brasil Acadêmico]

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