30/04/2023 - Uma equipe de pesquisadores desenvolveu um ‘relógio’ genético biossintético que prolonga significativamente a vida útil das células, conforme relatado na revista Science. O estudo envolveu religar geneticamente o circuito regulador do gene que controla o envelhecimento celular, transformando-o de uma chave seletora em um dispositivo semelhante a um relógio ou oscilador genético.
Este oscilador alterna periodicamente a célula entre dois estados de envelhecimento prejudiciais, evitando assim o comprometimento prolongado com qualquer um deles e retardando a degeneração celular. A equipe usou células de levedura em seu estudo e alcançou um aumento de 82% na expectativa de vida em comparação com células de controle. Esta investigação inovadora, sustentada por simulações computacionais e biologia sintética, poderá revolucionar as abordagens científicas ao atraso da idade, indo além das tentativas de reverter artificialmente as células para um estado de “juventude”. A equipe está agora expandindo sua pesquisa para tipos de células humanas.
Conceito de longevidade da força da saúde humana
Uma equipe de pesquisadores desenvolveu um “relógio” genético biossintético que prolonga significativamente a vida útil das células, conforme relatado na revista Science. O estudo envolveu religar geneticamente o circuito regulador do gene que controla o envelhecimento celular, transformando-o de uma chave seletora em um dispositivo semelhante a um relógio ou oscilador genético. Este oscilador alterna periodicamente a célula entre dois estados de envelhecimento prejudiciais, evitando assim o comprometimento prolongado com qualquer um deles e retardando a degeneração celular. A equipe usou células de levedura em seu estudo e alcançou um aumento de 82% na expectativa de vida em comparação com células de controle. Esta investigação inovadora, sustentada por simulações computacionais e biologia sintética, poderá revolucionar as abordagens científicas ao atraso da idade, indo além das tentativas de reverter artificialmente as células para um estado de “juventude”. A equipe está agora expandindo sua pesquisa para tipos de células humanas.
Estudando células de levedura, os pesquisadores constroem um “relógio” genético biossintético para prolongar a vida útil.
Os pesquisadores criaram um “relógio” genético sintético que prolonga significativamente a vida útil das células. Ao reprogramar o circuito regulador do gene que controla o envelhecimento, as células alternam periodicamente entre dois estados prejudiciais, retardando a sua degeneração. Esta abordagem inovadora, testada em células de levedura, levou a um aumento de 82% na esperança de vida e poderá revolucionar as estratégias de retardamento do envelhecimento.
A expectativa de vida humana está relacionada ao envelhecimento de nossas células individuais. Há três anos, um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD) decifrou mecanismos essenciais por trás do processo de envelhecimento. Depois de identificar duas direções distintas que as células seguem durante o envelhecimento, os pesquisadores manipularam geneticamente esses processos para prolongar a vida útil das células.
Conforme descrito em 27 de abril de 2023, na revista Science, eles agora ampliaram esta pesquisa usando biologia sintética para projetar uma solução que impeça as células de atingirem seus níveis normais de deterioração associados ao envelhecimento. As células, incluindo as de leveduras, plantas, animais e humanos, contêm circuitos reguladores de genes que são responsáveis por muitas funções fisiológicas, incluindo o envelhecimento.
“Esses circuitos genéticos podem operar como nossos circuitos elétricos domésticos que controlam dispositivos como eletrodomésticos e automóveis”, disse o professor Nan Hao, do Departamento de Biologia Molecular da Escola de Ciências Biológicas, autor sênior do estudo e codiretor do UC San Diego's. Instituto de Biologia Sintética.
Células projetadas mostram abundância oscilante de um regulador mestre do envelhecimento.
No entanto, o grupo da UC San Diego descobriu que, sob o controlo de um circuito regulador central de genes, as células não envelhecem necessariamente da mesma forma. Imagine um carro que envelhece à medida que o motor se deteriora ou à medida que a transmissão se desgasta, mas não as duas coisas ao mesmo tempo. A equipe da UC San Diego imaginou um “processo de envelhecimento inteligente” que estende a longevidade celular ao alternar a deterioração de um mecanismo de envelhecimento para outro.
No novo estudo, os pesquisadores reconfiguraram geneticamente o circuito que controla o envelhecimento celular. A partir de sua função normal, funcionando como uma chave seletora, eles projetaram um ciclo de feedback negativo para interromper o processo de envelhecimento. O circuito religado funciona como um dispositivo semelhante a um relógio, chamado oscilador genético, que leva a célula a alternar periodicamente entre dois estados “envelhecidos” prejudiciais, evitando o comprometimento prolongado com qualquer um deles e, assim, retardando a degeneração da célula.
Estes avanços resultaram num prolongamento dramático da vida celular, estabelecendo um novo recorde de extensão da vida através de intervenções genéticas e químicas.
Como costumam fazer os engenheiros elétricos, os pesquisadores deste estudo usaram pela primeira vez simulações de computador de como funciona o circuito de envelhecimento do núcleo. Isso os ajudou a projetar e testar ideias antes de construir ou modificar o circuito na célula. Esta abordagem tem vantagens na poupança de tempo e recursos para identificar estratégias eficazes de promoção da longevidade, em comparação com estratégias genéticas mais tradicionais.
“Esta é a primeira vez que princípios de biologia sintética e engenharia guiados computacionalmente foram usados para redesenhar racionalmente os circuitos genéticos e reprogramar o processo de envelhecimento para promover eficazmente a longevidade”, disse Hao.
Há vários anos, a equipe multidisciplinar de pesquisa da UC San Diego começou a estudar os mecanismos por trás do envelhecimento celular, um processo biológico complexo que está na base da longevidade humana e de muitas doenças. Eles descobriram que as células seguem uma cascata de mudanças moleculares ao longo de toda a sua vida até que eventualmente degeneram e morrem. Mas eles notaram que células do mesmo material genético e dentro do mesmo ambiente podem percorrer rotas de envelhecimento distintas. Cerca de metade das células envelhece através de um declínio gradual na estabilidade do ADN, onde a informação genética é armazenada. A outra metade envelhece ao longo de um caminho ligado ao declínio das mitocôndrias, as unidades de produção de energia das células.
A nova conquista da biologia sintética tem o potencial de reconfigurar as abordagens científicas ao atraso na idade. Diferente de inúmeras tentativas químicas e genéticas de forçar as células a estados artificiais de “juventude”, a nova pesquisa fornece evidências de que é possível desacelerar o ritmo do envelhecimento, evitando ativamente que as células se comprometam com um caminho predestinado de declínio e morte. e os osciladores genéticos semelhantes a relógios poderiam ser um sistema universal para conseguir isso.
“Nossos resultados estabelecem uma conexão entre a arquitetura da rede genética e a longevidade celular que poderia levar a circuitos genéticos racionalmente projetados que retardam o envelhecimento”, observam os pesquisadores em seu estudo.
Durante a pesquisa, a equipe estudou células de levedura Saccharomyces cerevisiae como modelo para o envelhecimento das células humanas. Eles desenvolveram e empregaram microfluídica e microscopia de lapso de tempo para rastrear os processos de envelhecimento ao longo da vida da célula.
No presente estudo, as células de levedura que foram reconectadas sinteticamente e envelhecidas sob a direção do dispositivo oscilador sintético resultaram em um aumento de 82% na vida útil em comparação com as células de controle que envelheceram em circunstâncias normais. Os resultados revelaram “a extensão de vida útil mais pronunciada em leveduras que observamos com perturbações genéticas”, observaram.
“Nossas células osciladoras vivem mais do que qualquer uma das cepas de vida mais longa previamente identificadas por exames genéticos imparciais”, disse Hao.
“Nosso trabalho representa um exemplo de prova de conceito, demonstrando a aplicação bem-sucedida da biologia sintética para reprogramar o processo de envelhecimento celular”, escreveram os autores, “e pode estabelecer as bases para o projeto de circuitos genéticos sintéticos para promover efetivamente a longevidade em organismos mais complexos .”
A equipe está atualmente expandindo sua pesquisa para o envelhecimento de diversos tipos de células humanas, incluindo células-tronco e neurônios.
Referência: “Engenharia de longevidade – projeto de um oscilador genético sintético para retardar o envelhecimento celular” por Zhen Zhou, Yuting Liu, Yushen Feng, Stephen Klepin, Lev S. Tsimring, Lorraine Pillus, Jeff Hasty e Nan Hao, 27 de abril de 2023, Science.
A equipe de pesquisa, Zhen Zhou, Yuting Liu, Yushen Feng, Stephen Klepin, Lev Tsimring, Lorraine Pillus, Jeff Hasty e Nan Hao, está baseada na UC San Diego, incluindo o Departamento de Biologia Molecular (Escola de Ciências Biológicas), Biologia Sintética Instituto, Moores Cancer Center (UC San Diego Health) e Departamento de Bioengenharia Shu Chien-Gene Lay (Jacobs School of Engineering)
Fonte: https://scitechdaily.com