Equipe japonesa cria células híbridas de algas e animais, mas a fotossíntese ainda é uma meta futura

Um genoma de alga encontra abrigo em células animais

Pesquisadores japoneses criaram células híbridas que mantêm um genoma completo de alga dentro de células de mamíferos, aproximando uma ideia ambiciosa: dar às células animais algumas das capacidades úteis das plantas. As células continuaram se dividindo por mais de 150 gerações, segundo um comunicado da universidade, mas não conseguiram realizar fotossíntese.

A pesquisa, publicada em 12 de novembro de 2026 na Nature Communications, combinou uma minúscula alga vermelha chamada Cyanidioschyzon merolae com células de hamsters chineses e de humanos. No híbrido de hamster mais completo, o sequenciamento detectou material correspondente a 100% do genoma da alga. Mais de 95% dos genes transferidos da alga, porém, estavam inativos.

A equipe reuniu pesquisadores da Universidade de Tóquio, do Instituto de Ciência de Tóquio e da Universidade Kindai. O estudo publicado na Nature Communications, intitulado Controle epigenético permite transferência horizontal de genes em escala genômica em células eucarióticas, descreve como células animais podem acomodar grandes quantidades de DNA estranho ao marcá-lo quimicamente e suprimir sua atividade.

A descoberta conecta dois desafios que os pesquisadores precisam enfrentar em conjunto. As células animais precisam manter as instruções genéticas importadas ao longo de sucessivas divisões. Também precisam ativar instruções específicas para que esses genes desempenhem funções úteis.

A equipe chama os híbridos de células planimais, uma combinação das palavras planta e animal. Sachihiro Matsunaga, professor da Universidade de Tóquio, propôs o conceito em 2018. Entre as possíveis aplicações estão células que produzam oxigênio, medicamentos ou ingredientes alimentícios com a ajuda da luz. A conquista imediata é uma combinação genética estável: os cloroplastos da alga, estruturas que realizam a fotossíntese, se desintegraram durante a fusão.

Por que escolheram essa pequena alga

Cyanidioschyzon merolae, também chamada de schyzon, foi descoberta em fontes termais ácidas na Itália. Ela não tem parede celular, o que a torna uma parceira prática para um experimento que exige a fusão das membranas celulares.

A schyzon também tem um genoma excepcionalmente compacto para um organismo capaz de realizar fotossíntese. Seu DNA nuclear contém aproximadamente 16,5 milhões de pares de bases, as unidades químicas pareadas que codificam informações genéticas. O genoma de mamífero usado como comparação no artigo contém cerca de 2,4 bilhões de pares de bases, aproximadamente 145 vezes mais.

Os pesquisadores usaram células de ovário de hamster chinês, especificamente a linhagem CHO-K1, e células humanas HT-1080. Células CHO já são usadas na produção farmacêutica. A HT-1080 é uma linhagem celular de laboratório derivada de um câncer humano do tecido conjuntivo.

Os dois tipos de células hospedeiras permitiram à equipe examinar como diferentes células de mamíferos lidavam com o mesmo material genético estranho. As células de hamster mantiveram porções maiores do genoma da alga do que as células humanas.

Como a equipe uniu as células

Os pesquisadores usaram polietilenoglicol, uma substância química que ajuda a fundir membranas celulares. As células de mamíferos do experimento mediam cerca de 50 micrômetros de diâmetro, em comparação com aproximadamente cinco micrômetros para a schyzon. Assim, cada célula de mamífero podia se fundir com duas ou mais células da alga.

As algas carregavam marcadores genéticos modificados. Alguns produziam sinais fluorescentes que permitiam à equipe acompanhar o DNA dentro de células vivas. Outros conferiam resistência ao antibiótico blasticidina, ajudando os pesquisadores a identificar e cultivar colônias de células de mamíferos que haviam adquirido o DNA marcado da alga.

Sinais fluorescentes apareceram no citoplasma das células de mamíferos, o espaço ao redor do núcleo, já seis horas após a fusão. Sinais que indicavam atividade do gene repórter transferido dentro do núcleo das células de mamíferos puderam ser detectados cerca de 24 horas depois.

As observações seguiram uma breve sequência:

• 2018: Matsunaga propôs o conceito de célula planimal.
• Seis horas após a fusão experimental: sinais fluorescentes foram detectados no citoplasma das 19 células examinadas.
• 24 horas após a fusão: sinais do gene repórter no núcleo foram detectados em 13 das 21 células examinadas.
• 48 horas após a fusão: todas as 19 células examinadas nessa etapa apresentaram sinais claros do gene repórter no núcleo.
• 12 de novembro de 2026: o estudo e o comunicado institucional foram publicados.

Fusão funcionou muito melhor do que a ingestão de algas

A equipe também testou se as células de mamíferos poderiam adquirir DNA da alga ao absorver algas intactas, em um processo chamado fagocitose. Em termos simples, a célula receptora engloba material externo.

As duas abordagens produziram colônias resistentes à blasticidina, mas os resultados foram muito diferentes. A cada 12 milhões de células, a ingestão produziu, em média, 3,7 colônias resistentes, em comparação com 3.098,7 após a fusão celular. Com base nesses números, a fusão produziu cerca de 837 vezes mais colônias resistentes.

Por isso, os pesquisadores usaram a fusão nos experimentos detalhados seguintes. Os resultados da ingestão continuaram sendo cientificamente úteis porque ofereceram uma maneira de estudar em laboratório como o DNA de um organismo absorvido por outra célula pode ser herdado pela célula receptora.

O deslocamento em direção ao núcleo também foi importante. Quando os pesquisadores inibiram a dineína, uma proteína motora que transporta material ao longo de estruturas dentro das células, o material fluorescente permaneceu no citoplasma durante 48 horas, e não houve sinal do gene repórter no núcleo. Os resultados sugerem que a maquinaria de transporte da célula receptora ajuda a levar o DNA estranho até o núcleo.

Quanto DNA da alga sobreviveu?

Os pesquisadores estabeleceram 18 linhagens estáveis derivadas de células de hamster e 13 de células humanas. Uma linhagem celular é uma população descendente de células que pode ser mantida e estudada em laboratório. As linhagens humanas foram obtidas por fusão; as de hamster incluíram experimentos de fusão e de ingestão.

O sequenciamento genômico na 20ª geração revelou diferenças consideráveis entre os métodos e os tipos de células hospedeiras. As linhagens de hamster produzidas por ingestão mantiveram até 48,9% do genoma da alga, com média de 30,2%. As linhagens de hamster produzidas por fusão mantiveram até 100%, com média de 55,8%.

As linhagens humanas produzidas por fusão mantiveram até 66% do genoma da alga, com média de 14,9%. Portanto, o resultado de genoma completo veio de uma linhagem específica de hamster, chamada CHO-Cm7.

Uma reconstrução detalhada da CHO-Cm7 recuperou 16,3 milhões de pares de bases de sequências da alga, o equivalente a 98,76% do genoma de referência e 5.345 genes anotados da alga. O índice de 100% se refere à cobertura quando as leituras do sequenciamento foram comparadas com o genoma de referência; o índice de 98,76% corresponde à sequência recuperada no genoma reconstruído.

Cromossomos estranhos se tornaram residentes permanentes

O DNA transferido incluía grandes trechos de cromossomos e cromossomos intactos da alga. Cromossomos são estruturas que organizam o DNA e que as células copiam e distribuem quando se dividem. Seis cromossomos da alga permaneceram como regiões contínuas e não fragmentadas na reconstrução detalhada do genoma de hamster.

Imagens de microscopia localizaram grande parte do DNA da alga perto da extremidade do braço curto de um cromossomo X de hamster. Análises adicionais encontraram cromossomos da alga conectados por meio de telômeros, as sequências repetidas de DNA nas extremidades dos cromossomos. Em uma linhagem híbrida humana, a equipe confirmou uma junção entre DNA da alga e um cromossomo humano usando vários métodos de sequenciamento.

O comunicado de pesquisa da Universidade Kindai informa que as células híbridas se dividiram por mais de 150 gerações mantendo o DNA da alga. O artigo também descreve a persistência por 95 gerações sem seleção por antibiótico. Esse último experimento testou se o DNA estranho permaneceria quando as células já não precisassem do marcador de resistência inserido para sobreviver ao antibiótico.

Os pesquisadores contam essas gerações como divisões celulares, e não como transferências entre recipientes de cultura. Essa persistência é importante porque células modificadas úteis precisam transmitir seu novo material genético às células-filhas à medida que se multiplicam.

O silenciamento ajudou a manter o DNA estranho

Mais de 95% dos genes da alga estavam inativos nas células híbridas, segundo o comunicado institucional. As células de mamíferos receptoras adicionaram marcas químicas ao DNA importado e o compactaram em um estado associado à redução da atividade gênica.

A metilação do DNA é um desses processos de marcação. Ela acrescenta pequenos grupos químicos ao DNA sem alterar a ordem de suas unidades genéticas. Essas marcas podem ajudar a controlar se as instruções de um gene serão usadas.

O DNA compactado formou heterocromatina, uma organização muito condensada do DNA e das proteínas associadas a ele. Uma comparação útil é a de uma coleção de livros de instruções guardados com a maioria das páginas fechadas: as informações continuam presentes, mas o acesso a elas é restrito.

Quando a equipe usou células de hamster sem uma enzima responsável por adicionar novas marcas de metilação, os híbridos estáveis se formaram com menor eficiência e o DNA transferido da alga foi perdido mais facilmente. Os pesquisadores chamam esse processo de acomodação e contenção de controle epigenético. Essa é a principal descoberta do estudo: a maquinaria que silencia os genes estranhos também ajuda a célula receptora a mantê-los.

Por que a fotossíntese ainda não é possível

As células híbridas mantiveram informações genéticas da alga, mas seus cloroplastos se desintegraram durante a fusão. A fotossíntese exige cloroplastos funcionais e a atividade coordenada dos genes que os sustentam. Nas novas células, os cloroplastos foram perdidos e a maioria dos genes da alga foi desativada.

Os cloroplastos usam a luz para impulsionar reações que liberam oxigênio da água e ajudam a converter dióxido de carbono em carboidratos, inclusive açúcares. Esses carboidratos armazenam energia que as células podem usar.

A equipe de Matsunaga já havia introduzido cloroplastos da schyzon em células de hamster sob condições especiais de cultivo. Foram detectadas reações fotossintéticas iniciais, mas era difícil manter o sistema ao longo de repetidas divisões celulares. Essa experiência ajudou a motivar a tentativa de transferir também o genoma da alga.

Matsunaga, professor da Escola de Pós-Graduação em Ciências de Fronteira da Universidade de Tóquio, descreveu o próximo objetivo em comentários traduzidos do japonês:

Em seguida, queremos introduzir cloroplastos e fazer os genes da schyzon funcionarem também, para que a fotossíntese produza oxigênio.

O comunicado institucional informa que os pesquisadores planejam desenvolver métodos para ativar seletivamente genes associados à fotossíntese ou à produção de substâncias úteis. O desafio técnico é preservar a estabilidade alcançada com a supressão dos genes, permitindo ao mesmo tempo que funções escolhidas sejam ativadas.

O que isso pode mudar na produção de alimentos e medicamentos

A carne cultivada é uma possível aplicação. Células animais cultivadas para alimentação precisam de nutrientes e oxigênio. Se os pesquisadores conseguirem dotar essas células de fotossíntese contínua, elas poderão produzir algumas substâncias úteis ou oxigênio por conta própria, reduzindo potencialmente parte dos insumos necessários para manter o cultivo.

A produção farmacêutica é outra aplicação proposta, especialmente porque células CHO já são usadas como fábricas de medicamentos e proteínas úteis. O comunicado institucional também aponta a possibilidade de células humanas terapêuticas que produzam oxigênio em ambientes onde ele é escasso e de células animais que capturem dióxido de carbono.

Essas aplicações dependem de novos experimentos. Não foi informado nenhum prazo para alcançar a fotossíntese contínua, produzir alimentos ou desenvolver um tratamento. O estudo relata a transferência, a retenção e a regulação do DNA; os benefícios de produção propostos continuam sendo objetivos de trabalhos futuros.

A pesquisa também oferece uma abordagem diferente para a engenharia celular. Em vez de introduzir genes selecionados individualmente, os cientistas poderiam primeiro transferir um grande conjunto de instruções genéticas e depois ativar as funções necessárias. A questão imediata é descobrir quais genes da alga podem ser ativados enquanto as células híbridas continuam crescendo de forma confiável.

Pontos principais

• Uma equipe japonesa fundiu algas vermelhas com células de laboratório de hamsters e humanos, criando híbridos que mantiveram grandes quantidades de DNA da alga.
• Uma linhagem de hamster manteve material correspondente ao genoma inteiro da alga; as linhagens humanas mantiveram até 66%.
• O comunicado institucional relata mais de 150 gerações de divisões. O artigo também descreve a persistência do DNA por 95 gerações sem seleção por antibiótico.
• Mais de 95% dos genes da alga estavam inativos, e a metilação do DNA ajudou as células a acomodar o material genético estranho.
• Os híbridos não conseguiram realizar fotossíntese porque os cloroplastos se desintegraram e a maioria dos genes da alga continuou inativa.
• A produção de oxigênio, a carne cultivada e a fabricação de medicamentos são aplicações propostas, mas nenhum prazo de desenvolvimento foi anunciado.