Estudo de eletrogenética descobre que um dia poderemos controlar nossos genes com wearables

Os componentes parecem o resultado de um retiro de compras e spa: três pilhas AA. Duas agulhas elétricas de acupuntura. Um suporte de plástico que geralmente é preso a luzes de fadas alimentadas por bateria. Mas juntos fundem-se num poderoso dispositivo de estimulação, abrindo um novo canal que utiliza baterias domésticas para controlar a expressão genética nas células.

A ideia parece louca, mas um novo estudo publicado na Nature Metabolism esta semana mostrou que é possível. A equipe, liderada pelo Dr. Martin Fussenegger da ETH Zurique e da Universidade de Basileia, na Suíça, desenvolveu um sistema que usa eletricidade de corrente contínua – na forma de baterias ou bancos de baterias portáteis – para ativar um gene em células humanas em ratos. com um toque literal de um botão.

Para ser claro, a bateria não pode regular genes humanos in vivo. Por enquanto, só funciona para genes produzidos em laboratório inseridos em células vivas. No entanto, a interface já teve um impacto. Num teste de prova de conceito, os cientistas implantaram células humanas geneticamente modificadas em ratos com diabetes tipo 1. Essas células normalmente são silenciosas, mas podem bombear insulina quando ativadas por um choque elétrico.

A equipe usou agulhas de acupuntura para aplicar o gatilho durante 10 segundos por dia, e os níveis de açúcar no sangue nos ratos voltaram ao normal dentro de um mês. Os roedores até recuperaram a capacidade de controlar os níveis de açúcar no sangue após uma grande refeição sem a necessidade de insulina externa, um feito normalmente difícil.

Chamadas de “eletrogenética”, essas interfaces ainda estão em sua infância. Mas a equipe está especialmente entusiasmada com o potencial dos wearables para orientar diretamente a terapêutica para distúrbios metabólicos e potencialmente outros. Como a configuração requer muito pouca energia, três pilhas AA poderiam desencadear uma injeção diária de insulina por mais de cinco anos, disseram eles.

O estudo é o mais recente a conectar os controles analógicos do corpo – expressão genética – com software digital e programável, como aplicativos para smartphones. O sistema é “um salto em frente, representando o elo perdido que permitirá que os wearables controlem genes num futuro não tão distante”, disse a equipe.

A expressão genética opera de forma analógica. O DNA tem quatro letras genéticas (A, T, C e G), que lembram os 0 e 1 de um computador. Contudo, o código genético não pode construir e regular a vida a menos que seja traduzido em proteínas. O processo, denominado expressão genética, recruta dezenas de biomoléculas, cada uma delas controlada por outras. As “atualizações” de quaisquer circuitos genéticos são impulsionadas pela evolução, que funciona em escalas de tempo notoriamente longas. Embora poderoso, o manual de biologia não é exatamente eficiente.

Entre na biologia sintética. O campo reúne novos genes e utiliza células para formar ou religar circuitos complexos usando a lógica das máquinas. Os primeiros experimentos mostraram que os circuitos sintéticos podem controlar processos biológicos que normalmente resultam em câncer, infecções e dor. Mas ativá-los muitas vezes requer moléculas como gatilho – antibióticos, vitaminas, aditivos alimentares ou outras moléculas – mantendo esses sistemas no domínio da computação biológica analógica.

As interfaces neurais já preencheram a lacuna entre as redes neurais – um sistema de computação analógico – e os computadores digitais. Podemos fazer o mesmo com a biologia sintética?

A solução da equipe é a tecnologia de regulação acionada por CC, ou DART.

Veja como funciona a configuração. No centro estão as espécies reativas de oxigênio (ROS), muitas vezes conhecidas como as vilãs que impulsionam o envelhecimento e o desgaste dos tecidos. No entanto, nossos corpos normalmente produzem essas moléculas durante o processo metabólico.

Para minimizar os danos às moléculas, temos um biossensor de proteína natural para medir os níveis de ERO. O biossensor trabalha em estreita colaboração com uma proteína chamada NRF2. O casal normalmente fica na parte pegajosa da cela, isolado da maior parte do material genético. Quando os níveis de ROS aumentam a uma taxa alarmante, o sensor libera NRF2, que entra no recipiente de armazenamento de DNA da célula – o núcleo – para ativar genes que limpam a bagunça de ROS.