Barry Schuler: Primeira aula de Genômica

O que está acontecendo em genômica, e como essa revolução está prestes a mudar tudo o que sabemos sobre o mundo, a vida, nós mesmos e a maneira que pensamos sobre essas coisas.

Se você viu 2001: Uma Odisséia no Espaço; e se você escutou o boom, boom, boom, boom, e se você viu o monolito, você sabe, que aquela era a representação de Arthur C. Clarke para dizer que estávamos em um momento seminal na evolução da nossa espécie. Neste caso, era pegando ossos e criando uma ferramenta, usando os ossos como uma ferramenta, o que significava que os primatas apenas, tipo, andando por aí, e comendo e transando perceberam que eles podiam fazer coisas se eles usassem uma ferramenta. E aquilo nos levou ao próximo nível.

E, você sabe, nos nos últimos 30 anos em particular temos visto essa aceleração em conhecimento e tecnologia e a tecnologia tem desenvolvido mais conhecimento e nos dado ferramentas. E nós temos visto muitos momentos seminais. Nós temos visto a criação dos computadores pequenos nos anos 70 e no começo dos anos 80, e quem teria pensado que todas as pessoas não teriam apenas um computador, mas provavelmente 20, na sua casa, e não apenas o seu computador pessoal mas em cada objeto -- na sua máquina de lavar roupas, seu celular. Você esta andando por aí; seu carro tem 12 microprocessadores. Aí a gente vai e cria a internet e conecta todo o mundo, a gente deixa o mundo plano.

Nós temos visto tantas mudanças, e nós nos demos essas ferramentas agora -- essas ferramentas de alta potência -- que estão nos permitindo virar as lentes para dentro para algo que é comum para todos nós, e que é o genoma.

Como está o seu genoma hoje? Você pensou sobre isso ultimamente? Escutou sobre isso, pelo menos? Você provavelmente escutou sobre genomas esses dias.

Eu pensei em tirar um momento para contar a vocês o que é o genoma. É, algo como, como se você perguntar às pessoas, Bem, o que é um megabyte ou um megabit? E o que é banda larga? As pessoas nunca querem dizer, eu realmente não entendo. Então, eu vou dizer para vocês diretamente. Você já escutou sobre o DNA; você provavelmente estudou um pouco disso em biologia. O genoma é realmente uma descrição para todo o DNA que está em um organismo vivo. E uma coisa que é comum para todas as formas de vida é o DNA. Não importa se você é um fungo; não importa se você é um rato; não importa se você é uma mosca; todos nós temos DNA. O DNA está organizado em palavras, você pode chamá-las de: genes e cromossomos.

E quando Watson e Crick nos anos 50 foram os primeiros a decodificar esta bonita dupla hélice que nós conhecemos como a molécula de DNA -- molécula muito longa, complicada -- nós então começamos esta jornada para entender que dentro do DNA está uma linguagem que determina as caracteristicas, nossas características, o que nós herdamos, quais as doenças que nós podemos ter. Nós também, no caminho, descobrimos que esta é uma molécula muito velha, que todo o DNA no nosso corpo existe desde sempre, desde o começo de nós, de nós como criaturas. Existe um arquivo histórico.

Vivendo em nosso genoma está a história de nossa espécie, e você como um ser humano individual, de onde você vem, voltando atrás milhares e milhares e milhares de anos, e que agora está começando a ser entendido. Mas também, o genoma é realmente o manual de instruções. É o programa. É o código da vida. É o que faz você funcionar; é o que faz todos os organismos funcionarem. O DNA é uma molécula muito elegante. É longa e é complicada. Realmente, tudo o que você tem que saber sobre ele é que existem quatro letras: A, T, C, G; elas representam o nome de um químico. E com essas quatro letras, você pode criar uma linguagem: uma linguagem que pode descrever qualquer coisa, e coisas muito complicadas. Você sabe, elas estão geralmente colocadas juntas em pares, criando uma palavra ou o que a gente chama de pares base. E você poderia, você sabe, quando você pensa sobre isso, quatro letras, ou a representação de quatro coisas, fazem a gente trabalhar.

E isto pode não soar muito intuitivo, mas deixe me mudar para outra coisa que você sabe, e isto é computadores. Olhe para esta tela aqui, e você sabe, você vê imagens e você vê palavras, mas na realidade tudo o que existe são uns e zeros. A linguagem da tecnologia é binária; você provavelmente já escutou isso alguma vez na vida. Tudo que acontece digitalmente é convertido, ou uma representação, como uns e zeros. Então, quando você está ouvindo o iTunes e a sua música favorita, que é na realidade apenas um monte de uns e zeros tocando muito rapidamente. Quando você está olhando essas imagens, é tudo uns e zeros, e quando você está falando no seu telefone, seu celular, e está navegando na rede, sua voz está sendo transformada em uns e zeros e magicamente espalhada por aí. E veja todas as coisas complexas e maravilhosas que nós temos sido capazes de criar apenas com os número um e zero.

Bem, agora você multiplica isso por quatro, e você tem uma grande complexidade, várias maneiras de descrever mecanismos. Então, vamos falar sobre o que isso significa. Então, se você olhar o genoma humano, ele consiste de 3,2 bilhões desses pares de bases. Isso é bastante. E eles se misturam de várias maneiras diferentes, e isso é o que faz de você um ser humano. Se você converter isso para o sistema binário, apenas para te dar uma dimensāo, nós somos menores que o programa Microsoft Office. Não são afinal tantos dados. Eu também te digo que nós somos no mínimo tão sujeitos a problemas. (risos)

Este aqui é um bug no meu genoma que eu tenho lutado contra por muito, muito tempo. Quando você fica doente, é um bug no seu genoma. Na verdade, várias, várias doenças contra as quais lutamos por muito tempo, como o câncer, nós não conseguimos curar porque nós simplesmente nāo compreendemos como elas funcionam a um nível genômico. Nós estamos começando a entender isso.

Então, até agora nós tentamos consertar usando o que eu chamo de farmacologia da jogar-cocô-na-parede, o que significa, bem, vamos apenas jogar substâncias químicas nisso aí, e talvez isso vai fazer com que funcione. Mas se você realmente entende porque uma célula normal torna-se cancerosa? Qual é o código? Quais são as exatas instruções que estāo fazendo com que as células façam isso? Entāo você pode continuar com o processo de tentar consertá-las e entendê-las. Então, para o seu próximo jantar com uma ótima garrafa de vinho, aqui vāo alguns factóides para você.

Nós temos cerca de 24.000 genes que fazem coisas. Nós temos cerca de cem, 120.000 outros que não parecem funcionar todos os dias. mas representam esse arquivo histórico de como nós constumamos funcionar como uma espécie voltando atrás dezenas de milhares de anos. Você também pode estar interessado em saber que um rato tem aproximadamente a mesma quantidade de genes.

Eles recentemente sequenciaram a Pinot Noir, e também tem cerca de 30.000 genes, assim, o número de genes que você tem não necessariamente representa a complexidade ou a ordem evolucionária de nenhuma espécie em particular. Agora, olhe ao redor: apenas olhe para o seu vizinho do lado, olhe para a frente, olhe para trás. Nós todos somos bem diferentes. Várias pessoas muito bonitas, bonitas, magras, gordas, aqui, raças diferentes, culturas. Nós somos todos 99,9% geneticamente iguais. É uma centésima parte de 1% de material genético que faz a diferença entre qualquer um de nós. Isso é uma quantidade bem pequena de material, mas a maneira que este material se expressa é o que faz as mudanças nos humanos e em todas as espécies.

Então, nós agora somos capazes de ler genomas. O primeiro genoma humano levou dez anos, $3 bilhões. Foi feita pelo Doutor Craig Venter. E depois o James Watson -- um dos co-descobridores do DNA -- o genoma foi feito por $2 milhões, e em apenas dois meses. E se você pensar na indústria de computadores e como nós fomos de grandes computadores para pequenos e como eles ficaram mais poderosos e rápidos todo o tempo, a mesma coisa está acontecendo com o sequenciamento genético agora: nós estamos na iminênicia de ser capazes de sequenciar o genoma humano por aproximadamente $5.000 em aproximadamente uma hora ou meia hora; você verá isso acontecer nos próximos cinco anos.

E o que isso significa é, você irá andar por aí com o seu genoma pessoal em um smart card. Ele estará lá. E quando você comprar remédios, você não estará comprando um remédio que é usado por todos. Você dará o seu genoma para o farmacêutico, e o seu remédio será feito para você e irá funcionar muito melhor do que os outros funcionavam. Você não terá efeitos colaterais. Todos aqueles efeitos colaterais, você sabe, resíduo oleoso, você sabe, o que quer que eles digam nos comerciais: esqueçam tudo aquilo. Eles irão fazer com que todas essas coisas desapareçam.

Com o que se parece um genoma? Bem, aqui está. É uma longa, longa série desses pares de bases. Se você viu o genoma de um rato ou de um humano não seria diferente deste, mas o que os cientistas estão fazendo agora é, eles estão entendendo o que esses genes fazem e o que eles significam. Porque o que a natureza está fazendo é dando cliques duplos todo o tempo. Em outras palavras, as primeiras duas sentenças aqui, assumindo que isso é uma planta de uva: faz uma raiz, faz um galho, cria uma flor. Em um ser humano, aqui embaixo poderia ser: faz células sangüíneas, inicia um câncer. Para mim pode ser: cada caloria que você consome, você conserva, porque eu venho de um clima muito frio. Para minha esposa: coma três vezes o que ele come e nunca ganhe nenhum peso. Está tudo escondido neste código, e isto está começando a ser entendido a uma velocidade muito rápida.

Então, o que nós podemos fazer com os genomas agora que nós podemos lê-los, agora que nós estamos começando a ter o livro da vida? Bem, existem muitas coisas. Algumas são empolgantes. Algumas pessoas irão achar isso muito amedrontador: Eu lhe direi algumas coisas que irão provavelmente fazer com que você queira vomitar em mim, mas tudo bem. Então, você sabe, nós podemos aprender a história dos organismos.

Você pode fazer um teste muito simples: raspe a sua bochecha; mande para um laboratório. Você pode descobrir de onde vem os seus parentes; você pode fazer a sua genealogia voltando atrás milhares de anos. Nós podemos entender a funcionalidade. Isso é realmente importante. Nós podemos entender, por exemplo, porque nós criamos placas em nossas artérias, o que cria o amido dentro de um grão, porque as leveduras metabolizam o açúcar e produzem dióxido de carbono. Nós também podemos olhar para, em uma maior escala, o que cria os problemas, o que cria as doenças, e como nós podemos curá-las. Por que nós podemos entender isso, nós podemos consertar, fazer organismos melhores.

Mais importante, o que nós estamos aprendendo é que a natureza nos deu uma caixa de ferramentas espetacular. A caixa de ferramentas existe. Um arquiteto muito melhor e mais inteligente que nós nos deu essa caixa de ferramentas, e nós agora temos a habilidade de usá-las. Nós estamos agora não apenas lendo os genomas; nós os estamos escrevendo.

Esta empresa, a Synthetic Genomics, com a qual eu estou envolvido, criou o primeiro genoma completamente sintético para um pequeno inseto, uma criatura muito primitiva chamada Mycoplasma genitalium. Se você tem uma infecção urinária, você provavelmente já teve -- ou se você já teve uma infecção urinária -- você já entrou em contato com este pequeno inseto. Muito simples -- tem apenas cerca de 246 genes -- mas nós fomos capazes de sintetizar completamente este genoma. Agora, você tem o genoma e você diz para você mesmo, Então, se eu plugar este genoma sintético -- se eu tirar o outro antigo e plugar este novo -- ele apenas inicia e vive? Bem, adivinhe o quê. Isso acontece.

Não apenas isso acontece; se você pegar o genoma -- o genoma sintético -- e se você plugá-lo em uma criatura diferente, como uma levedura, você agora transforma aquela levedura em um Mycoplasma. Isto é, como se fosse, como se você iniciasse um PC com um software de Mac OS. Bem, na verdade, você pode fazer da outra maneira. Então, você sabe, sendo capaz de escrever um genoma e plugá-lo em outro organismo, o software, se você chamar assim, muda o hardware. E isso é extremamente profundo.

Então, no ano passado os Franceses e os Italianos anunciaram que eles se juntaram e que eles foram em frente e sequenciaram o Pinot Noir. A seqüência genômica agora existe para o organismo Pinot Noir inteiro, e eles identificaram, mais uma vez, cerca de 29.000 genes. Eles descobriram caminhos que criam sabores, ainda que seja muito importante entender que esses compostos que estão se destacando têm que encontrar um receptor em nosso genoma, na nossa língua, para nós compreendermos e interpretarmos esses sabores.

Eles também descobriram que existe muita atividade acontecendo para a produção de aroma também. Eles identificaram áreas de vulnerabilidade à doenças. Eles agora estão compreendendo, e o trabalho ainda continua, exatamente como esta planta trabalha, e o que nós temos a capacidade de saber, de ler todo esse código e entender como ele funciona. Então, o que você faz? Sabendo que nós podemos ler o genoma, sabendo que podemos escrevê-lo, mudá-lo, talvez escrever o genoma desde o começo. Então, o que você faz? Bem, uma das coisas que você pode fazer é o que algumas pessoas podem chamar de Franken-Noir. (risos)

Nós podemos construir uma vinha melhor. Por falar nisso, só para você saber: você se estressa quando fala de organismos geneticamente modificados; não existe nenhuma vinha neste vale ou em qualquer lugar que não seja geneticamente modificada. Elas não são plantadas a partir de sementes; elas são enxertadas em colmos e raízes; elas não existiriam sozinhas na natureza.

Então, não se preocupe, não se estresse com esse assunto. Nós temos feito isso desde sempre. Então, se pudermos, você sabe, focar na resistência a doenças; nós podemos tentar maiores produtividades sem necessariamente ter técnicas de cultivo dramáticas para fazê-lo, ou custos. Nós poderiamos expandir a janela climática: nós poderiamos fazer Pinot Noir crescer talvez em Long Island, Deus me livre. (risos)

Nós poderiamos produzir melhores sabores e aromas. Você quer um pouco mais de framboesa, um pouco mais de chocolate aqui ou lá? Todas essas coisas são possíveis de ser feitas, e eu irei te dizer, eu, com certeza, aposto que isto será feito. Mas existe um ecossistema aqui, Em outras palavras, nós não somos, tipo, pequenos organismos singulares andando por aí; nós somos parte de um grande ecossistema.

Na verdade -- desculpem informá-los -- que dentro do seu aparelho digestivo estão cerca de 5 quilos de micróbios que você está circulando bastante pelo seu corpo. Nosso oceano está cheio de micróbios; na verdade, quando Craig Venter foi e sequenciou os micróbios do oceano, nos primeiros três meses ele triplicou as espécies conhecidas do planeta descobrindo todos esses novos micróbios nos primeiros 20 pés de água. Nós agora entendemos que esses micróbios têm mais impacto no nosso clima e na regulagem de CO2 e oxigênio do que as plantas têm, que nós sempre pensamos que oxigenava a atmosfera.

Nós encontramos vida microbiana em todas as partes do planeta: no gelo, no carvão, nas pedras, nas aberturas vulcânicas; é uma coisa impressionante. Mas nós também descobrimos, que quando se fala de plantas, nas plantas, pelo muito que nós compreendemos e estamos começando a entender seus genomas, é o ecossistema ao redor delas, e são os micróbios que vivem nos seus sistemas radiculares, que têm tanto impacto no caráter dessas plantas como as rotas metabólicas dessas plantas.

Se você olhar melhor o sistema radicular delas, você irá encontrar lá muitas, muitas, muitas colônias microbianas diferentes. Isso não é novidade para os viticultores; eles são, você sabe, preocupados com água e fertilizantes. E, mais uma vez, isso é, um tipo de, minha noção de farmacologia de jogar-cocô-na-parede: você sabe que certos fertilizantes tornam a planta mais mais saudável então você coloca mais. Você não necessariamente sabe qual a granularidade exatamente qual organismo está conferindo que sabores e quais características. Nós podemos começar a tentar entender isso. Nós falamos sobre terreno; nós idolatramos o terreno; nós dizemos, Uau, esse meu terreno é ótimo! É tão especial. Eu tenho esse pedaço de terra e ele cria um terreno que você não vai acreditar.

Bem, você sabe, nós realmente, nós discutimos e debatemos sobre isso -- nós dizemos que é o clima, que é o solo, que é isso. Bem, adivinhe o quê? Nós podemos entender que diabos terreno é. Está aqui, esperando para ser sequenciado. Existem milhares de micróbios lá. Eles são fáceis de sequenciar: diferente de um humano, eles, você sabe, têm mil, dois mil genes; nós podemos entender o que eles são.

Tudo o que nós temos que fazer é andar ao redor e amostrar, cavocar no chão, encontrar esses pestinhas, sequenciá-los, correlacioná-los com os tipos e características que nós gostamos e não gostamos -- isso é apenas um grande banco de dados -- e então fertilizar. E daí nós entenderemos o que é terreno. Então, algumas pessoas irão dizer, Oh, meu Deus, estamos brincando de Deus? Nós estaremos, se nós engenheirarmos organismos, estaremos brincando de Deus? E, você sabe, pessoas iriam sempre perguntar a James Watson -- ele nem sempre foi o cara mais politicamente correto ... (risos) ... e eles vão dizer, "Você, você sabe, você está brincando de Deus?" E ele tem a melhor resposta que eu já ouvi para essa pergunta: "Bem, alguém tem que fazer isso." (risos)

Eu me considero uma pessoa muito espiritualizada, e sem, você sabe, a parte da organização religiosa, e eu vou te dizer: Eu não acredito que exista algo não natural. Eu não acredito que substâncias químicas não sejam naturais. Eu disse a vocês que eu vou fazer alguns de vocês vomitarem. É muito simples: nós não inventamos moléculas, compostos. Elas estão aí. Elas estão no universo, Nós reorganizamos as coisas, nós mudamos elas de lugar, mas nós não fazemos nada que não seja natural.

Agora, nós causamos impactos ruins -- nós podemos nos envenenar; nós podemos envenenar a Terra -- mas isso é apenas o resultado natural de um erro que nós cometermos. Então, o que está acontecendo hoje é, a natureza está nos presenteando com uma caixa de ferramentas, e nós percebemos que esta caixa de ferramentas é muito grande. Que existem micróbios lá fora que podem fazer gasolina, acredite ou não. Existem micróbios, você sabe -- voltando nas leveduras. Essas são fábricas químicas; as fábricas de químicos mais sofisticadas são fornecidas pela natureza, e agora nós podemos usá-las. Também existem algumas regras.

A natureza não vai permitir que você -- nós podemos engenheirar uma planta de uva, mas adivinhe o quê Nós não podemos fazer com que a planta de uva produza bebês. A natureza colocou algumas regras lá fora. Nós podemos trabalhar dentro das regras; nós não podemos quebrar as regras; nós estamos apenas aprendendo quais são essas regras. Eu apenas faço a pergunta, se você puder curar todas as doenças -- se você puder fazer as doenças desaparecer, porque nós entendemos como realmente funciona, se nós pudermos eliminar a fome sendo capazes de criar plantas nutritivas, saudáveis que crescem em ambientes de difícil crescimento, se nós pudermos criar energia limpa e abundante -- nós, aqui nos laboratórios da Synthetic Genomics, temos organismos de uma única célula que estão pegando o dióxido de carbono e produzindo uma molécula muito parecida com a gasolina. Então, o dióxido de carbono -- essa coisa da qual a gente quer se ver livre -- não açúcar, nem nada parecido. Dióxido de carbono, um pouquinho de luz solar, você tem um lipídio que é altamente refinado. Nós podemos resolver nossos problemas energéticos; nós podemos reduzir o CO2, nós podemos limpar nossos oceanos; nós podemos fazer vinhos melhores. Se nós podemos, nós vamos fazer? Bem, você sabe, eu acho que a resposta é muito simples: Trabalhando com a natureza, trabalhando com essas ferramentas que agora nós compreendemos, é o próximo passo na evolução da humanidade.

E tudo o que eu posso te dizer é, fique saudável por 20 anos. Se você puder ficar saudável por 20 anos, você verá 150, talvez 300.

Muito obrigado.