Hoje, ideias grandes para mudar o jogo são menos comuns. Tanãcnicas novas e aprimoradas são a força motriz por trás das pesquisas e descobertas cienta­ficas modernas . Eles permitem que cientistas - incluindo químicos como eu - fazm nossos experimentos mais rápido do que antes e iluminam áreas da ciência ocultas para nossos predecessores.

Traªs técnicas de ponta - a ferramenta de edição de genes CRISPR , protea­nas fluorescentes e optogenanãtica - foram todas inspiradas pela natureza. Ferramentas biomoleculares que funcionaram para bactanãrias, a¡guas-vivas e algas por milhões de anos agora estãosendo usadas na medicina e na pesquisa biológica. Direta ou indiretamente, eles mudara£o a vida das pessoas comuns.

Bactanãrias e va­rus lutam entre si. Eles estãoem constante guerra bioquímica, competindo por recursos escassos .

Uma das armas que as bactanãrias possuem em seu arsenal éo sistema CRISPR-Cas . a‰ uma biblioteca genanãtica que consiste em repetições curtas de DNA coletadas ao longo do tempo de va­rus hostis, emparelhadas com uma protea­na chamada Cas, que pode cortar o DNA viral como se fosse uma tesoura. No mundo natural, quando as bactanãrias são atacadas por va­rus cujo DNA foi armazenado no arquivo CRISPR, o sistema CRISPR-Cas caça, corta e destra³i o DNA viral.

Os cientistas reaproveitaram essas armas para uso pra³prio, com efeito inovador. Jennifer Doudna, bioquímica da Universidade da Califa³rnia, Berkeley, e a microbia³loga francesa Emmanuelle Charpentier compartilharam o Praªmio Nobel de Quí­mica de 2020 pelo desenvolvimento de CRISPR-Cas como técnica de edição de genes.

O Projeto Genoma Humano forneceu uma sequaªncia genanãtica quase completa para humanos e deu aos cientistas um modelo para sequenciar todos os outros organismos. No entanto, antes do CRISPR-Cas, nospesquisadores não ta­nhamos as ferramentas para acessar e editar facilmente os genes em organismos vivos. Hoje, graças ao CRISPR-Cas, o trabalho de laboratório que costumava levar meses e anos e custar centenas de milhares de da³lares pode ser feito em menos de uma semana por apenas algumas centenas de da³lares.

Existem mais de 10.000 doenças genanãticas causadas por mutações que ocorrem em apenas um gene, as chamadas doenças de um aºnico gene . Eles afetam milhões de pessoas. A anemia falciforme , a fibrose ca­stica e a doença de Huntington estãoentre as doenças mais conhecidas. Todos esses são alvos a³bvios para a terapia CRISPR porque émuito mais simples consertar ou substituir apenas um gene defeituoso, em vez de precisar corrigir erros em vários genes.

Por exemplo, em estudos pré-clínicos , os pesquisadores injetaram um sistema CRISPR encapsulado em pacientes nascidos com uma doença genanãtica rara, a transtirretina amiloidose , que causa problemas nervosos e carda­acos fatais. Os resultados preliminares do estudo demonstraram que o CRISPR-Cas pode ser injetado diretamente nos pacientes, de forma que ele possa encontrar e editar os genes defeituosos associados a uma doena§a. Nos seis pacientes inclua­dos neste trabalho marcante, os minimissiles CRISPR-Cas encapsulados atingiram seus genes-alvo e fizeram seu trabalho, causando uma queda significativa em uma protea­na mal dobrada associada a  doena§a.

A a¡gua-viva de cristal, Aequorea victoria , que vagueia sem rumo no norte do Paca­fico, não tem cérebro, a¢nus ou ferra£o venenoso. a‰ um candidato improva¡vel para iniciar uma revolução na biotecnologia. Ainda assim, na periferia de seu guarda-chuva, ele tem cerca de 300 órgãos fotoelanãtricos que emitem pontinhos de luz verde que mudaram a forma como a ciência éconduzida.

Esta luz bioluminescente na a¡gua-viva provanãm de uma protea­na luminescente chamada aequorina e uma molanãcula fluorescente chamada protea­na fluorescente verde , ou GFP. Na biotecnologia moderna, a GFP atua como uma la¢mpada molecular que pode ser fundida a outras protea­nas, permitindo aos pesquisadores rastrea¡-las e ver quando e onde as protea­nas estãosendo feitas nas células dos organismos vivos. A tecnologia de protea­na fluorescente éusada em milhares de laboratórios todos os dias e resultou na entrega de dois prêmios Nobel, um em 2008 e outro em 2014 . E protea­nas fluorescentes agora foram encontradas em muitas outras espanãcies .

Esta tecnologia provou sua utilidade mais uma vez quando os pesquisadores criaram va­rus COVID-19 geneticamente modificados que expressam GFP . A fluorescaªncia resultante torna possí­vel seguir o caminho dos va­rus a  medida que eles entram no sistema respirata³rio e se ligam a s células superficiais com estruturas semelhantes a paªlos.

Quando as algas, que dependem da luz do sol para crescer, são colocadas em um grande aqua¡rio em uma sala escura, elas nadam sem rumo. Mas se uma la¢mpada for acesa, as algas nadara£o em direção a  luz. Os flagelados unicelulares - assim chamados por causa dos apaªndices em forma de chicote que usam para se mover - não tem olhos. Em vez disso, eles tem uma estrutura chamada visão que distingue entre a luz e as trevas. A mancha ocular écravejada de protea­nas sensa­veis a  luz chamadas canal-rodopsinas .

No ini­cio dos anos 2000, os pesquisadores descobriram que, quando inseriram geneticamente essas rodopsinas do canal nas células nervosas de qualquer organismo, iluminar as rodopsinas dos canais com luz azul fazia com que os neura´nios disparassem. Essa técnica, conhecida como optogenanãtica, envolve a inserção do gene da alga que produz o canal rodopsina nos neura´nios. Quando um feixe de luz azul incide sobre esses neura´nios, o canal das rodopsinas se abre, os a­ons de ca¡lcio inundam os neura´nios e os neura´nios disparam.

Usando essa ferramenta, os cientistas podem estimular grupos de neura´nios seletiva e repetidamente, obtendo assim uma compreensão mais precisa de quais neura´nios devem ser direcionados para tratar doenças e distúrbios específicos. A optogenanãtica pode ser a chave para o tratamento de doenças cerebrais debilitantes e mortais, como Alzheimer e Parkinson.

Mas a optogenanãtica não éútil apenas para a compreensão do cérebro. Os pesquisadores usaram técnicas optogenanãticas para reverter parcialmente a cegueira e encontraram resultados promissores em ensaios clínicos usando optogenanãtica em pacientes com retinite pigmentosa , um grupo de doenças genanãticas que quebram as células da retina. E em estudos com ratos, a técnica foi usada para manipular os batimentos carda­acos e regular os movimentos intestinais de ratos constipados .

Que técnicas desconhecidas a natureza ainda possui para nós?

De acordo com um estudo de 2018 , as pessoas representam apenas 0,01% de todos os seres vivos em massa, mas causaram a perda de 83% de todos os mama­feros selvagens e metade de todas as plantas em nosso breve tempo na Terra. Ao aniquilar a natureza, a humanidade pode estar perdendo técnicas novas, poderosas e que alteram a vida, mesmo sem taª-las imaginado.