A engenharia e construção de uma máquina biológica, desenhada para desenvolver uma atividade terapêutica, como o combate de células malignas, e projetada para atuar dentro do espaço complexo de um indivíduo vivo, exige a concatenação de uma intricada rede de processos biológicos, internos e externos. Esses processos têm sido descritos e anotados utilizando uma nova abordagem científica que emprega a mesma lógica de sistemas eletroeletrônicos de computação aos sistemas biológicos naturais. Essa nova área da biotecnologia, cunhada de Biologia Sintética, busca obter construções genéticas capazes de imbuir organismos vivos com novas funcionalidades, obedecendo a um perfil de funcionamento definido, robusto e preciso. As bactérias são microrganismos capazes de responderem às mudanças ambientais alterando os conjuntos de genes ativados para expressar proteínas ou acionar vias metabólicas importantes à resposta de adaptação às novas condições externas encontradas. Assim, por meio dos métodos oferecidos pela Biologia Sintética, nosso trabalho buscou acoplar elementos genéticos capazes de detectar níveis extracelulares de oxigênio a um circuito genético contendo uma cascata de regulação que restringe a ativação de nosso agente recombinante a sítios de hipóxia, como os presentes em massas tumorais sólidas, junto da presença de um agente externo com propriedades farmacológicas apropriadas para uma aplicação clínica. Utilizando um regulador genético desenvolvido pelo nosso grupo, conseguimos construir um circuito capaz de responder à presença de aspirina, um fármaco clinicamente seguro e com extenso histórico de uso, e selecionamos promotores candidatos a reconhecerem baixos níveis de oxigênio como sinal fisiopatológico para estabelecer uma porta lógica AND que permitisse maior segurança e seletividade ao uso de agentes microbianos como ferramentas terapêuticas de combate ao câncer. A validação da resposta do nosso circuito à condição de hipóxia in vitro se provou desafiadora, dado à miríade de fatores que influenciam no funcionamento de novas partes genéticas, como promotores induzíveis, em construções sintéticas fora do seu contexto nativo, entretanto o trabalho oferece um exemplo de abordagem simples e econômica para investigar sensores biológicos de anaerobiose por meio da expressão de proteínas repórteres.

The engineering and construction of a biological machine, designed to develop a therapeutic activity, such as the fight against malignant cells, and designed to act within the complex space of a living individual, requires the concatenation of an intricate network of biological processes, internal and external . These processes have been described and annotated using a new scientific approach that employs the same logic as electronic computing systems to biological natural systems. This new biotechnological field, coined as Synthetic Biology, seeks to obtain genetic constructions capable of imbuing living organisms with new functionalities, obeying a defined, robust and precise blueprint. Bacteria are microorganisms capable of responding to environmental cues by changing the sets of genes required for proteins expression or triggering important metabolic pathways involved in the adaptative response to the new external conditions. Thus, through the methods offered by Synthetic Biology, our work sought to couple genetic elements capable of detecting extracellular oxygen levels to a genetic circuit containing a regulatory cascade that restricts the activation of our recombinant agent to hypoxic sites, such as those present in solid tumors, together with the presence of an external pharmacological agent appropriate for clinical application. Using a genetic regulator developed by our group, we were able to build a circuit capable of responding to the presence of aspirin, a clinically safe drug with an extensive history of use, and we selected promoters candidates to recognize low levels of oxygen as a pathophysiological signal to establish a logic AND gate that would allow greater safety and selectivity in the use of microbial agents as therapeutic tools to fight cancer. The in vitro validation of the response of our circuit to the condition of hypoxia has proved challenging, given the myriad of factors that influence the functioning of new genetic parts, such as inducible promoters, in synthetic constructs outside their native context, however the work offers an example of a simple and economical approach to investigate biological anaerobic sensors through the expression of reporter proteins.