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Centro de biotecnologia de Seattle busca tecnologia de ‘máquina de escrever de DNA’ com US$ 75 milhões de bilionários da tecnologia


Uma nova organização biotecnológica de Seattle será financiada no valor de 75 milhões de dólares para pesquisar “máquinas de escrever de ADN”, células auto-monitorizadas que poderão alterar a nossa compreensão da biologia. A colaboração entre a Universidade de Washington, a Iniciativa Chan-Zuckerberg e o Instituto Allen já está em andamento.

Chamou o Centro de Seattle para Biologia Sintéticaa iniciativa conjunta combinará a experiência dos dois grupos de pesquisa bem financiados com a da UW Medicine, trabalhando no que Jay Shendure da UW, líder científico do projeto, chamou de “um novo modelo de colaboração”.

O Hub (não deve ser confundido com o HUB, ou Husky Union Building, no campus da UW) visa encontrar um equilíbrio entre uma abordagem acadêmica intelectual desinteressada e uma abordagem comercial focada no desenvolvimento. Os US$ 75 milhões financiarão a organização por cinco anos, com opção de renovação depois.

“Não existe um roteiro rígido e não estamos afirmando que criaremos uma empresa de bilhões de dólares no final disso”, disse-me Shendure em uma entrevista. “O que estamos nos esforçando para fazer não tem de forma alguma garantia de sucesso – e não seria tão emocionante se fosse. Mas vemos um caminho plausível e espero que ao final de cinco anos não sejamos os únicos a utilizar esta tecnologia.”

A tecnologia em questão é conceitualmente, se não realmente, semelhante a um “smartwatch para células”. Mas, apesar da ilustração, não imagine um glóbulo vermelho usando um Apple Watch. Na verdade, você deveria imaginá-lo registrando no diário.

hub watch

“A biologia acontece fora da vista e ao longo do tempo”, explicou Shendure. “Pense em como medimos as coisas nos sistemas biológicos em geral. Com a microscopia ou mesmo a olho nu, você olha para o sistema, mas está limitado no que pode ver. Mesmo que abramos o tecido, podemos medir o genoma e o proteoma, mas estamos a olhar para um momento específico. Se quisermos observar todas as experiências que uma célula vivencia ao longo do tempo, isso é algo que não podemos ver.”

Há muitas pesquisas sobre monitoramento de células únicas por vários métodos, mas a maioria envolve retirar a célula do sistema ou usar algo invasivo, como um microeletrodo perfurando suas paredes. Mas as células, na verdade, têm um mecanismo de gravação incorporado: o DNA. Pesquisas recentes mostraram que é possível usar o DNA e sua arquitetura microbiológica concomitante como meio de armazenamento para informações arbitrárias.

“O genoma é essencialmente uma entidade digital, com A, G, T, C em vez de 1 e 0. Isso é útil porque podemos escrever nele de uma forma muito análoga a uma máquina de escrever, e podemos aproveitar isso, em princípio, para registrar informações ao longo do tempo”, disse Shendure.

“Em princípio” é outra forma de dizer “ainda não fizemos isso”, é claro, mas não é fantasia. Só precisa de mais trabalho, e é isso que o Seattle Hub pretende buscar.

Neste momento, a tecnologia é rudimentar mas promissora, continuou ele. “A primeira versão era como um macaco em uma máquina de escrever, digitando teclas aleatoriamente. Agora podemos tornar certas chaves biologicamente condicionais. E talvez o macaco saiba quatro letras agora, mas em princípio esse vocabulário poderia ser mil.”

Existe isso “em princípio” novamente, mas o sucesso inicial do sistema sugere que se trata de uma questão de pesquisa e engenharia – trabalho árduo, sem esperança de um avanço. Mesmo que uma célula só pudesse “digitar” algo quando ocorrem algumas condições, como níveis crescentes desta molécula ou escassez daquela, isso é potencialmente uma ferramenta transformadora para a biologia em geral.

Cell Lineage DNA Typewriter

Um uso inicial do sistema permitiu aos pesquisadores encontrar linhagens exatas para células individuais, como mostrado aqui.

Ajuda o facto de as ferramentas utilizadas serem fundamentalmente tão fiáveis ​​quanto parecem, tendo sido testadas na natureza durante vários milhares de milhões de anos.

“A beleza de fazer isso com o DNA não é apenas que temos algo para escrever, mas os registros que você escreve são transmitidos fielmente para a próxima geração de células. E os dispositivos reais, sensores, gravadores, todos os componentes que precisamos para o nosso sistema também podem ser reproduzidos no DNA, e a célula os construirá para nós”, disse Shendure.

Geralmente, também é um ótimo caso de teste para um projeto cruzado multi-institucional e multidisciplinar. O grupo Allen de organizações de pesquisa, a UW e muitos projetos e organizações apoiados pela CZI estão todos trabalhando em diferentes aspectos do mesmo problema geral: melhor compreensão da biologia usando ferramentas digitais como IA e dados e computação em grande escala.

Os cientistas e engenheiros de cada um já estão lotando os escritórios uns dos outros em Seattle, que se tornou um centro de biotecnologia e IA, e um espaço mais formal será criado em breve.

Embora a tecnologia ainda tenha um longo caminho a percorrer, ainda existem metas realistas de médio prazo. Dois deles proeminentes são “células registradoras e ratos registradores”, ou seja, sistemas biológicos funcionais com sistemas de auto-registro – aqueles que podemos ler, o que é um desafio por si só.

A saída desses sistemas e o mecanismo de feedback sobre como eles informam o design das proteínas e a atividade celular ou do sistema também são um lugar onde a IA pode brilhar. Como disse um fundador de uma startup de biotecnologia, esse material é como “uma linguagem de programação alienígena”. que os modelos de linguagem são surpreendentemente bons em decodificação. (A propósito, o Baker Lab da UW é uma autoridade líder em design de proteínas e trabalhará com o novo centro.)

Mas por mais promissores que sejam os sistemas de IA, “o campo é muito limitado em termos de dados”, apontou Shendure. Com microscopia e dados genômicos, você tem muito em alguns aspectos, mas um diário ao vivo escrito por uma célula sobre sua própria atividade seria uma mina de ouro para processos biológicos interessantes que ocorrem em tempo real.

Embora provavelmente demore algum tempo até que façam quaisquer anúncios ou publicações importantes, todas as organizações envolvidas concordaram que esta seria uma iniciativa aberta e que “as descobertas do novo instituto serão amplamente partilhadas com a comunidade científica para impulsionar o progresso nos laboratórios em todo o mundo”. o mundo.”

Se acontecer de eles criarem valor ao mesmo tempo – e como Shendure apontou, se você está injetando dinheiro e pessoas em um campo promissor como esse, não é improvável – então eles considerarão isso um bônus.

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