O que é evolução dirigida

O prêmio Nobel da Química de 2018, agraciou três pesquisadores que desenvolveram uma técnica revolucionária para a produção de proteínas e enzimas mais eficientes, baseada no princípio darwiniano descrito na Teoria da Evolução.

Uma técnica que envolve o princípio biológico e procedimentos de genética para criar moléculas orgânicas altamente especializadas.

Quem são os ganhadores?

Francis Arnold, a quinta mulher a ganhar o Nobel de Química. Pesquisadora e professora de Engenharia Química e Bioengenharia da Caltech. Por ter desenvolvido e aperfeiçoado a técnica.

George Smith, biólogo, doutor em Bacteriologia e Imunologia, professor da Universidade de Missouri. Desenvolveu a técnica phage display, que utiliza vírus para inocular os trechos de DNA modificados em bactérias.

Gregory Winter, doutor em Biologia Molecular, pesquisador do Laboratório de Biologia Molecular da Universidade de Cambridge. Por aplicar o método à evolução de anticorpos.

Como funciona?

Este método consiste em gerar variabilidade, induzindo, artificialmente, diversas mutações aleatórias em uma trecho do filamento de DNA que codifica a proteína de interesse. Em seguida, faz-se a clonagem da sequência do genoma mutante para a produção da proteína de interesse.

Para a clonagem, utiliza-se proteínas fluorescentes (GPF), que marcam os trechos corretos do genoma À serem copiados.

O trecho do DNA contendo a sequência para a produção de uma determinada molécula orgânica, é copiado muitas vezes, por meio de um sistema que tende a induzir cominações aleatórias dos pares de genes nas cópias.

Esses genes modificados são, então, inseridos em microrganismos, que utilizam sua maquinaria celular para fabricar as moléculas modificadas.

A base desta técnica é pura estatística, pois, enquanto a maior parte das cópias alteradas vai ser modificada para pior, eventualmente surgirá alguma que funcionará "um pouco melhor" que a molécula que já existia na natureza.

Desta forma, o processo de repetição sucessiva continua, desta vez, com base na molécula "um pouco melhor", e assim por diante, de tal forma que, ao final de algumas gerações, temos uma proteína que acumula múltiplas mutações, se comparada à original, e capaz de desempenhar a atividade de interesse com eficiência significativamente mais alta.

Qual a aplicação prática desta tecnologia?

Os aparelhos tecnológicos digitais, que são a base da sociedade moderna (celulares, computadores e etc), funcionam a base de semicondutores (componentes responsáveis por processamento), estes, possuem, em sua arquitetura interna, moléculas formadas por certas ligações químicas bastante raras na natureza (ou até inexistentes), mas muito úteis na indústria.

Estas ligações raras (Carbono-Silício, ou Carbono-Boro), não são somente essenciais para a indústria da tecnologia, mas também para a indústria dos fármacos, da Química e de outros setores da economia.

Estas ligações são bastante complicadas de serem produzidas sinteticamente, em geral envolvem o uso de solventes tóxicos e de metais pesados, todos altamente poluentes.

Porém, a evolução dirigida pôde resolver essa questão de forma rápida, limpa, eficiente e economicamente viável.

Neste sentido, foi identificada em uma bactéria que habita fontes termais submarinas (extremófila), a produção de um tipo de enzima que induz uma reação química, de baixíssima atividade, que tem como produto a criação de moléculas derivadas de ligações Carbono-Silício.

Após apenas três repetições do processo de evolução dirigida, foi obtida uma versão dessa enzima capaz de criar a ligação Carbono-Silício de uma maneira 15 vezes mais eficiente que o melhor catalisador sintético conhecido, e ainda por cima com alta especificidade, em temperatura ambiente, em meio aquoso e sem depender de nenhum material tóxico.

Outro exemplo inclui o uso desta mesma tecnologia para a otimização de enzimas para o estabelecimento de ligações químicas do tipo Carbono-Boro, para a produção de moléculas de biciclobutano (que possuem anéis de carbono altamente energéticos) que são bem difíceis de serem produzidas.

Comercialmente, a gigante da indústria farmacêutica Merck, já produziu uma droga para o tratamento da diabetes utilizando exatamente este processo.