Implementação de princípios de biologia sintética para construção de sistemas genéticos avançados com aplicação biotecnológica

Abstract

A biologia sintética foi definida como área específica do conhecimento no século 21 e já trouxe avanços significativos nos campos da indústria, energia, agricultura e saúde. Ainda nos seus primórdios, a biologia sintética consolidou-se como uma disciplina separada da biologia molecular com foco na engenharia de novas funções biológicas, incorporando ciências da computação e conceitos de engenharia elétrica. A construção de circuitos genéticos sintéticos com funcionalidades complexas foi o combustível para o progresso dessa nova área. Mais recentemente, a revolução trazida pela tecnologia CRISPR em engenharia genética ajudou a estabelecer vários testes moleculares alternativos com potencial de aplicação, por exemplo, no ponto de atendimento a um paciente ou no controle de qualidade industrial. Este trabalho baseou-se na hipótese de que é possível aplicar princípios de biologia sintética para a idealização e otimização de ferramentas genéticas que já são costumeiramente utilizadas para fins biotecnológicos, incluindo sistemas de expressão de proteínas recombinantes e dispositivos biossensores genéticos. Primeiramente, um circuito genético foi construído para auxiliar a expressão de proteínas recombinantes solúveis por meio de processamento intracelular controlado. Esse sistema rendeu uma alta concentração de proteínas recombinantes solúveis (272,0 ± 60,1 μg / mL de cultura), e a porcentagem de proteína recombinante sem a etiqueta de solubilização foi de até 67,3%. A aplicação desse sistema facilitará a produção de proteínas de difícil expressão e de interesse biotecnológico, como a polimerase Bst-LF, que tem aplicação em sistemas biossensores. O objetivo é integrar essa enzima numa ferramenta de diagnóstico também desenvolvida no contexto desse estudo, baseada na tecnologia CRISPR, a qual já foi adaptada para detectar o RNA do vírus SARS-CoV-2. O teste teve sensibilidade analítica de 50 cópias virais /µL e apresentou alta acurácia em amostras de pacientes (área sob a curva ROC = 1,0; IC: 0,715 - 1,00), utilizando detecção por um aplicativo de telefone celular com visão computacional integrada. A concepção de ambas as tecnologias demonstra o potencial da biologia sintética para o desenvolvimento de produtos e ferramentas biotecnológicas.