Micróbios —pequenos seres vivos como bactérias e fungos, geralmente compostos de uma única célula ou uma colônia de células—podem ser encontrados em todos os lugares, dos trópicos ao Ártico e à Antártida. Eles são tão variados quanto numerosos, e muitos desempenham funções que são vitais para a saúde dos ecossistemas, bem como para nossos próprios corpos.

Os humanos têm usado micróbios para fazer suas vontades por muito tempo — a produção de cerveja e iogurte são alguns dos primeiros exemplos. O surgimento da biologia sintética no início dos anos 2000 aumentou dramaticamente nossa capacidade de projetar micróbios para terem características específicas e úteis. Essa revolução tecnológica abre novas perspectivas científicas e torna possíveis inovações com o potencial de transformar a medicina, a agricultura e a gestão ambiental. Também levanta novas considerações políticas importantes.

John Marken, um pesquisador de pós-doutorado associado ao Resnick Sustainability Institute no Caltech, aponta que os esforços em biologia sintética nos últimos 20 anos foram direcionados principalmente para "ter certeza de que podemos fazer designs confiáveis, previsíveis e eficazes para micróbios projetados". Mas, Marken diz, "Quanto mais me envolvi com biologia sintética como aluno de pós-graduação, mais percebi que havia um elefante na sala. Todo mundo estava falando sobre todas essas aplicações fantásticas para micróbios projetados, mas ninguém parecia estar perguntando se seria legal liberá-los no ambiente para fazer o tipo de trabalho que estávamos imaginando para eles".

Para ajudar a criar uma estrutura para pesquisa e uso seguros e responsáveis de tecnologias microbianas projetadas, o Centro Ronald e Maxine Linde para Ciência, Sociedade e Política ( LCSSP ) do Caltech lançou hoje um relatório com recomendações de políticas voltadas para a criação de regulamentações claras e consistentes, ao mesmo tempo em que constrói uma sólida base de conhecimento científico sobre micróbios projetados.

Frederick Eberhardt, professor de filosofia e codiretor do LCSSP, juntamente com Michael Alvarez, o Professor Flintridge de Ciência Social Política e Computacional, diz que o Linde Policy Center trabalha para "construir vínculos entre a ciência espetacular que é feita aqui no Caltech e o impacto que a ciência pode ter na regulamentação, política e sociedade em geral. Obviamente, queremos encontrar os caminhos onde a ciência pode e deve influenciar a regulamentação, mas também queremos criar um espaço para que não cientistas e formuladores de políticas digam: 'Aqui está uma questão que a regulamentação precisa abordar quando um novo produto ou ferramenta é comercializado. Você pode nos ajudar a entender e quantificar melhor qual será o impacto real no mundo real na sociedade ou em um ecossistema?' Queremos incentivar a pesquisa em que o desafio da política se torne parte da questão inicial da pesquisa."

Com o desenvolvimento do DNA recombinante na década de 1970, tornou-se possível pela primeira vez criar micróbios projetados para cumprir funções específicas. Por exemplo, a insulina necessária para diabéticos costumava ser colhida do pâncreas de porcos ou vacas, mas agora é produzida pela inserção do gene produtor de insulina humana em bactérias que podem se replicar rapidamente e criar mais do hormônio, que é então purificado para uso humano.

Agora, o campo da biologia sintética tornou possível "programar" micróbios. Isso envolve editar, remover ou transpor pedaços de DNA para dar aos micróbios a capacidade de desempenhar novas funções que são benéficas para a humanidade.

"Temos a capacidade de fazer máquinas úteis a partir de componentes biológicos", diz Richard Murray, o Professor Thomas E. e Doris Everhart de Controle e Sistemas Dinâmicos e Bioengenharia, e o Presidente de Liderança William K. Bowes Jr. da Divisão de Biologia e Engenharia Biológica. "Podemos pensar no DNA como a linguagem de programação que usamos para criar organismos úteis."

As aplicações potenciais para micróbios projetados são, em uma palavra, vastas. Elas variam desde a remediação de danos ambientais, extração de recursos desejados (biomineração), detecção de toxinas ou condições médicas em ambientes inorgânicos e orgânicos (incluindo o corpo humano), criação e fabricação de medicamentos e possibilitação do cultivo de safras mais resistentes em menos acres. E isso é só o começo.

No entanto, junto com o novo potencial vem o risco. Uma vez liberados no ambiente, os micróbios podem se reproduzir, se espalhar e potencialmente sofrer mutações. Em outras palavras, os micróbios que projetamos e liberamos no ambiente — conhecidos como micróbios projetados para liberação ambiental (EMERs) — levarão vidas e criarão futuros fora do laboratório que ainda não são totalmente conhecidos por nós.

Sempre que possível — e nem sempre é possível — os cientistas estão modificando os micróbios para que sejam autolimitados, para que persistam apenas enquanto forem necessários e apenas nas áreas em que foram liberados.

Por exemplo, Smruthi Karthikeyan, o professor assistente de ciências ambientais e engenharia Gordon e Carol Treweek, e um estudioso William H. Hurt, trabalhou na remediação de derramamentos de óleo usando micróbios projetados. "No passado, as pessoas adicionavam uma tonelada de dispersantes químicos à área com a esperança de que eles quebrassem o óleo em compostos mais simples que se degradassem mais facilmente. Mas descobriu-se que esses dispersantes acabaram causando mais mal do que bem. Os produtos químicos eram realmente tóxicos para a comunidade aquática e para os trabalhadores que os implantavam, e eles nem eram tão eficazes. Mas, observando os derramamentos de óleo, descobrimos que certos micróbios estavam prosperando no óleo. Sua composição genética permitiu que eles produzissem biossurfactantes, dispersantes orgânicos que, como detergentes ou sabões, podem quebrar o óleo. Nosso objetivo então era isolar o surfactante que esses micróbios estavam produzindo e projetá-los para fortalecer esse efeito."

Mas o que acontece com esses micróbios projetados depois que eles limpam um derramamento de óleo? Karthikeyan explica: "Esses micróbios são quase indetectáveis quando não há mais óleo para consumir. Para muitos micróbios, se os compostos ou poluentes com os quais eles interagem não estão disponíveis, é um fardo para eles continuarem carregando os genes que degradam esses compostos. Em um ambiente limpo, não é mais energeticamente favorável para esses micróbios terem genes extras que não são mais úteis."

Em outra área de pesquisa, Gözde Demirer, o Professor Assistente de Engenharia Química Clare Boothe Luce, desenvolve micróbios projetados para melhorar a produtividade das colheitas e reduzir a dependência de fertilizantes químicos, que são comparativamente caros e prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana. A segurança é aprimorada, diz Demirer, ao "desenvolver abordagens de contenção para micróbios projetados. Estamos encontrando maneiras de fazer com que os micróbios projetados dependam de plantas específicas para sobreviver, para que os micróbios não se espalhem além dos campos cultivados e morram quando as colheitas forem colhidas".

Apesar do comprometimento dos pesquisadores em projetar micróbios para segurança, nem sempre foi fácil garantir aos reguladores governamentais e ao público que a liberação de micróbios modificados no meio ambiente pode ser menos perigosa e mais eficaz do que ações alternativas ou nenhuma ação.

Os regulamentos existentes governam o uso de micróbios projetados, mas como Murray explica, "Muitos desses regulamentos foram escritos há 30 anos, quando a capacidade científica que temos hoje simplesmente não estava no radar de ninguém. Uma complicação adicional é que nos Estados Unidos, não temos uma única agência que lida com bioengenharia. Em vez disso, temos uma colcha de retalhos de estatutos e agências que fazem coisas diferentes. Imagine, por exemplo, que eu queira introduzir um micróbio em vacas que as ajudará a produzir melhor leite. Esse micróbio acabará no fluxo de resíduos e irá para o meio ambiente. Então, isso significa que a agência relevante é o USDA [Departamento de Agricultura dos EUA], que normalmente regula as vacas? Ou passaria pelo FDA [Food and Drug Administration], que regula os medicamentos veterinários?"

Para começar a abordar essas questões em torno da pesquisa de micróbios geneticamente modificados, o Linde Policy Center, juntamente com o Resnick Sustainability Institute , sediou um simpósio em fevereiro sobre os desafios associados ao desenvolvimento e regulamentação de EMERs, que incluiu representantes de agências reguladoras, biotecnólogos do setor industrial e cientistas acadêmicos.

Discussões e deliberações do simpósio "Caminhos para a implantação segura e eficaz de tecnologias microbianas projetadas" informaram o relatório de políticas do Linde Policy Center.

Especificamente, o relatório pede um programa para "auxiliar pequenos desenvolvedores de EMER/novatos a navegar na estrutura regulatória da biotecnologia" e a criação de um escritório de regulamentação de biotecnologia ambiental que estabeleceria diretrizes para avaliar riscos e, ao mesmo tempo, forneceria "avaliações sequenciais com padrões cada vez mais rigorosos" à medida que novos EMERs entrassem no pipeline.

O relatório recomenda ainda:

Por fim, o relatório recomenda que as agências reguladoras, tanto em nível estadual quanto federal, devem "promover a interação precoce e regular entre reguladores, potenciais desenvolvedores de EMERs e o público em geral".

Marken espera que uma estrutura regulatória melhorada ajude a agilizar o processo de tomada de decisão regulatória para micróbios recém-projetados. "Com pesquisa adequada nessa direção, seremos capazes de entender melhor quais tipos de dados precisam e não precisam ser coletados para fazer avaliações informadas e baseadas em evidências dos riscos associados à liberação de um EMER em um ambiente específico."

O LCSSP divulgou seu relatório ao público hoje e antes para aqueles que participaram do simpósio de fevereiro, que por sua vez o compartilharão com colegas da academia e do governo. "Enviamos este relatório para pessoas que trabalham na Casa Branca e em comitês do Senado", diz Marken. "Ele deve ajudar a criar uma política melhor, demonstrando que especialistas científicos e reguladores estão dizendo as mesmas coisas sobre o que é necessário para introduzir com segurança micróbios projetados no meio ambiente."