Informática

Linguagem de alto nível para programar bactérias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/04/2016

A linguagem de programação bacteriana é baseada em Verilog, linguagem usada para programar chips de computador. [Imagem: Janet Iwasa]

Programação biológica

Engenheiros, biólogos e cientistas da computação se juntaram para criar mais uma linguagem de programação que permite projetar rapidamente circuitos complexos codificados em moléculas de DNA.

Isso significa que, usando uma linguagem de programação de alto nível, é possível dar novas funções para as células vivas - fazer com que façam algo que queremos.

Usando esta linguagem, não é necessário ser um geneticista para escrever um programa para a função que se deseja da célula bacteriana, como detectar e responder a determinadas condições ambientais. Para isso, o próprio programa gera uma sequência de DNA que torna a célula capaz de executar a função.

"É literalmente uma linguagem de programação para bactérias", explica o professor Christopher Voigt, do MIT, nos EUA. "Você usa uma linguagem baseada em texto, exatamente como você programa um computador. Em seguida, compila esse texto e o transforma em uma sequência de DNA que você põe dentro da célula, e o programa roda dentro da célula."

Voigt e seus colegas usaram a linguagem de programação biológica para construir circuitos que podem detectar até três entradas e responder de maneiras diferentes a cada combinação.

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Recentemente outra equipe criou uma linguagem de programação química que constrói DNAs sintéticos. [Imagem: Yan Liang]

Linguagem de programação bacteriana

A linguagem de programação bacteriana é baseada em Verilog, uma linguagem muito usada para programar chips de computador.

Para criar uma versão que funcione com células, a equipe projetou portas lógicas e sensores que podem ser codificados no DNA de uma célula bacteriana. Os sensores podem detectar compostos diferentes, tais como oxigênio ou glucose, bem como luz, temperatura, acidez e outras condições ambientais. Os programadores de bactérias também podem adicionar seus próprios sensores.

Com a ferramenta, os pesquisadores programaram 60 circuitos com funções diferentes, e 45 deles funcionaram corretamente na primeira vez que foram testados. Vários foram projetados para medir uma ou mais condições ambientais e um especificamente foi projetado para avaliar três entradas diferentes e, em seguida, reagir com base na prioridade de cada uma.

O mais complexo deles é o maior circuito biológico já construído, contendo sete portas lógicas e cerca de 12.000 pares de bases de DNA.

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Bactérias computacionais

As aplicações para esse tipo de programação biológica incluem o projeto de células bacterianas capazes de produzir fármacos quando detectam um tumor, por exemplo, ou a criação de células de levedura que possam deter seu próprio processo de fermentação se começarem a aparecer muitos subprodutos tóxicos.

A equipe planeja construir uma interface para sua linguagem de programação bacteriana e disponibilizá-la na web.

Bibliografia:

Genetic circuit design automation
Alec A. K. Nielsen, Bryan S. Der, Jonghyeon Shin, Prashant Vaidyanathan, Vanya Paralanov, Elizabeth A. Strychalski, David Ross, Douglas Densmore, Christopher A. Voigt
Science
Vol.: 352, Issue 6281,
DOI: 10.1126/science.aac7341