A biologia sintética está pronta para enfrentar uma série de desafios, desde a limpeza de poluentes com bactérias designers até a criação de terapias gene sob medida. Mas a transição do laboratório para o uso comercial exigirá avanços na tecnologia de síntese de DNA.
Durante décadas, a única maneira de fazer volumes industriais do DNA personalizado tem sido a síntese de fosforamidita, um processo de química orgânica que pode construir ácidos nucleicos até 350 nucleotídeos ou mais em comprimento. Para produzir fragmentos mais longos, os fabricantes de DNA constroem milhares de oligonucleotídeos, ou oligos, em paralelo, e depois os montam. Essa técnica pode bombear grandes volumes de DNA a baixo custo, mas luta com sequências altamente repetitivas ou complexas.
A corrida para a síntese de DNA enzimático aquece
Agora, os avanços na síntese enzimática e química estão limpando esses obstáculos.
A síntese enzimática é inspirada pelo método que as células vivas usam para replicar o DNA. Geralmente, as células copiam o DNA de um modelo em vez de criá -lo do zero. Mas isso funciona apenas se o modelo existir, o que não é o caso dos DNAs personalizados que os biólogos sintéticos precisam. Uma enzima chamada desoxinucleotidil transferase terminal (TDT) pode unir nucleotídeos sem um modelo, e várias empresas começaram a comercializar métodos enzimáticos que o exploram.
O script de DNA, com sede em Paris, casal TDT com nucleotídeos quimicamente modificados que impedem o alongamento por mais de um monômero por vez. Depois que cada base é adicionada, a tampa de proteção é removida e lavada, outra base é adicionada e o ciclo se repete. A ANSA Biotechnologies adota uma abordagem semelhante, mas, em vez de usar um grupo de bloqueio para restringir o alongamento, a empresa, em Emeryville, Califórnia, prejudica a base para o TDT, para que a enzima permaneça ligada ao oligo em crescimento. Uma segunda enzima cliva o ligante após o alongamento, permitindo que o ciclo continue.
Thomas Ybert, diretor científico da DNA Script em Paris.Crédito: Eric Piermont/AFP via Getty
De acordo com Daniel Lin-Arlow, diretor científico da ANSA, a abordagem pode lidar com sequências com estruturas secundárias altamente complexas, incluindo repetições, gancho de cabelo ou alto teor de guanina-citosina, que de outra forma são difíceis de produzir. Em agosto de 2024, a empresa lançou seu primeiro produto comercial, um serviço personalizado de 600 bases, que pode ser montado em construções de até 5 kilobases. “Encontramos muito interesse de pessoas que estavam trabalhando em sequências não codificantes, como promotores”, diz Lin-Arlow, que não pode ser alterado para facilitar a fabricação. E a tecnologia continua a avançar: os clientes de acesso precoce agora podem solicitar DNAs até 750 bases e conjuntos clonais de até 50 kbp de comprimento.
A síntese enzimática também está tornando os sintetizadores de DNA de bancada mais acessíveis. Os sintetizadores de DNA baseados em fosforamidita exigem treinamento e infraestrutura especializados para lidar com reagentes e resíduos orgânicos tóxicos. Por outro lado, os sintetizadores enzimáticos exigem apenas habilidades básicas de manuseio líquido. Em 2023, o Script de DNA começou a vender seu sistema de sintaxe, um dispositivo que os pesquisadores podem usar para sintetizar 96 oligos em paralelo, com até cerca de 120 nucleotídeos por oligo, por dia. “É tão fácil de usar quanto sua impressora de escritório”, diz Thomas Ybert, diretor científico da empresa.
Melhorias químicas
Novos métodos de química orgânica também estão surgindo para combater a síntese de longo prazo.