Desafios da biologia sintética

Reunidos em workshop do programa BIOEN-FAPESP, cientistas de diversos países debatem a construção de sistemas artificiais inspirados em processos da natureza e o avanço da área no Brasil

Por Fábio Reynol

Agência FAPESP – Construir sistemas artificiais inspirados em processos da natureza é o objetivo da biologia sintética, uma área fundamental para o avanço da produção de bioenergia mas que ainda dá seus primeiros passos no Brasil.

Por esse motivo, o Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN) dedicou ao tema o seu 12º workshop, que reuniu pesquisadores de diversos países. O BIOEN Workshop on Synthetic Biology foi realizado nesta terça-feira (26/10), no auditório da Faculdade de Economia e Administração da Universidade de São Paulo (FEA-USP).

“Queremos elevar a pesquisa brasileira sobre bioenergia a um novo patamar e, para isso, é importante investir na biologia sintética, área ainda carente de especialistas no Brasil”, disse Glaucia Mendes de Souza, professora do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP) e membro da coordenação do BIOEN-FAPESP, à Agência FAPESP.

Segundo ela, trata-se de um grande desafio, uma vez que a biologia sintética envolve a convergência de diferentes áreas do conhecimento, como genética, biotecnologia, nanotecnologia, matemática, engenharia metabólica e computação.

A multidisciplinaridade está relacionada à complexidade dos organismos nos quais essa ciência se inspira para desenvolver os sistemas artificiais. “É preciso entender a biologia sistêmica, que procura decifrar os organismos em sua totalidade, modelando as interrelações dinâmicas entre as partes funcionais como genes, RNAs, proteínas, metabólitos, redes regulatórias, percepção do ambiente, entre outros”, explicou Glaucia.

Na abertura do workshop, Marie-Anne Van Sluys, da coordenação do BIOEN, representando o diretor científico da FAPESP, Carlos Henrique de Brito Cruz, falou sobre a preocupação da FAPESP em fomentar o desenvolvimento da pesquisa nacional em bioenergia. “Queremos colocar a ciência brasileira ao lado da produção internacional nesse assunto”, disse a professora do Instituto de Biociências da USP.

Ben Hankamer, da Universidade de Brisbane, na Austrália, falou sobre os desafios econômicos e técnicos na produção mundial de biocombustíveis a partir de microalgas.

Segundo ele, as microalgas são matéria-prima viável para suprir a demanda do planeta por combustíveis. “A grande necessidade de novas fontes está relacionada aos combustíveis, que são 83% do consumo mundial de energia – os outros 17% estão relacionados à eletricidade”, apontou.

“As microalgas seriam uma solução interessante, uma vez que não disputariam espaço por terras agriculturáveis além de contribuir para a captura de dióxido de carbono. Outra vantagem dessa matéria-prima é que ela representa uma alternativa aos combustíveis fósseis cujas reservas mundiais são limitadas”, disse.

Segundo Hankamer, o desenvolvimento no setor permitiu a construção do primeiro avião movido a um combustível feito totalmente de algas, o bimotor Diamond DA-42, construído pela companhia europeia EADS, em junho deste ano.

O pesquisador australiano também apresentou tecnologias que estão permitindo avanços na produção de microalgas e de biocombustíveis. Técnicas de visualização em três dimensões, como a tomografia eletrônica, permitem, por exemplo, obter imagens em melhor resolução de células e aperfeiçoamentos em biologia estrutural.

Do mesmo modo, inovações em metabolômica têm aumentado o conhecimento dos metabólitos das microalgas, levando a melhorias na eficiência do processo fotossintético. “Ao incrementar o processo conseguimos dobrar a produção de biomassa”, disse Hankamer.

Circuitos biológicos

Nitin Baliga, do Institute for Systems Biology, nos Estados Unidos, comparou no workshop do BIOEN-FAPESP os sistemas biológicos naturais a circuitos eletrônicos.

Para ele, compreender como os diversos sistemas envolvidos funcionam e como interagem entre eles é a chave para avanços importantes. O mesmo vale para as reações do organismo ao ambiente. “No caso dos genes, ao conhecer a estrutura dos circuitos é possível prever um novo comportamento”, exemplificou.

As mudanças climáticas podem aumentar a exposição de áreas à luz e ao calor, o que implicará na alteração de parâmetros como a solubilidade e o fator de oxidação das microalgas. “Mesmo as pequenas mudanças provocam grandes alterações. Por isso, precisamos entender bem o funcionamento dos sistemas”, disse.

Esse trabalho de compreensão tem sido auxiliado pelo desenvolvimento de novas ferramentas de análise que permitem identificar, por exemplo, as alterações gênicas, a localização de proteínas e a visualização de estruturas moleculares em diferentes ângulos.

Todas essas informações devem ser combinadas para que produzam uma ampla visualização do sistema por meio de uma abordagem que Baliga chama de “moedor de carne”. Nela, os diferentes dados são colocados de um lado, processados e o resultado é um sistema único e compreensível: o circuito.

Rubens Maciel Filho, também da coordenação do BIOEN-FAPESP, visitou nos últimos meses nove usinas de cana-de-açúcar para analisar os processos de produção e chegou à conclusão de que o setor deve ser encarado globalmente em seus aspectos técnicos e econômicos e ir além da perspectiva de produção de etanol.

“O setor sucroalcooleiro deve ser encarado como a indústria do petróleo: responsável por uma série de produtos com valor agregado e não somente combustível”, disse o professor do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas.

De acordo com Maciel, da mesma maneira o desenvolvimento da segunda geração de etanol, oriundo da celulose, deve se basear no conhecimento adquirido sobre a primeira geração. Sem isso, há o risco de se investir em pesquisas que levem a produtos inviáveis ou a distorções.

“Podemos investir em enzimas que levem ao etanol de celulose e que, no entanto, sejam tão caras a ponto de ser mais lucrativo queimar essa biomassa para produzir eletricidade do que fabricar combustível. Ou, ainda, produzir microrganismos transgênicos que não conseguem sair da célula, obrigando a matar a célula para obtê-lo”, disse.