Enviado por Secretaria em sex, 29/06/2018 – 16:34
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Criar um novo gene em um único dia poderá em breve ser possível, graças a uma nova técnica que imita a maneira como o corpo copia seu próprio DNA. Embora a tecnologia ainda precise eliminar alguns obstáculos, pode um dia permitir que os pesquisadores reescrevam rapidamente os genes dos micróbios, permitindo-lhes sintetizar novos medicamentos e combustíveis rapidamente.
“É o futuro”, diz George Church, geneticista da Universidade de Harvard, que foi pioneiro em inúmeras tecnologias para ler e escrever DNA para a biologia sintética. “Isso vai ser enorme”.
Pesquisadores conseguem fazer o DNA desde a década de 1970. A abordagem tradicional usa os nucleotídeos do DNA – as letras químicas A, G, C e T – e os adiciona, um a um, a uma cadeia crescente chamada oligonucleotídeo. Mas o processo, que usa uma série de reagentes orgânicos tóxicos, é tipicamente lento e sujeito a erros, limitando os oligonucleotídeos a cerca de 200 letras – uma minúscula fração das milhares de letras que compõem a maioria dos genes.
Nossas células produzem DNA de forma diferente. Uma variedade de enzimas chamadas polimerases lê uma única fita de DNA e depois sintetiza uma fita complementar que se liga a ela. Isso motivou os sonhos da reengenharia de polimerases de escrever um novo DNA.
Ao longo das décadas, a maioria dos pesquisadores focaram em uma polimerase específica, chamada de desoxinucleotidil transferase terminal (TdT), porque, ao contrário de outras polimerases, ela pode anexar novos nucleotídeos a uma cadeia de oligonucleotídeo sem seguir uma cadeia de modelo de DNA. A TdT natural faz isso para escrever milhões de novas variações de genes para anticorpos, que o sistema imunológico pode selecionar para atacar invasores. Mas a enzima natural acrescenta novas letras de DNA ao acaso, em vez de controlar a sequência precisa de letras que os pesquisadores querem fazer.
Os cientistas tentaram durante anos fazer a TdT adicionar um nucleotídeo de cada vez e parar, antes de repetir o processo com um nucleotídeo diferente, diz Sebastian Palluk, doutorando que trabalhou no projeto conduzido no laboratório do químico Jay Keasling (Lawrence Berkeley National Laboratory, Califórnia). Eles começaram adicionando grupos químicos às quatro bases do DNA que atuam como sinais de “parada”. Então, quando TdT adiciona um A modificado a um oligonucleotídeo de qualquer comprimento, ele seria impedido de adicionar a próxima base. O oligonucleotídeo é então retirado, lavado e tratado com outro composto para cortar o grupo de bloqueio, preparando-o para a próxima extensão.
Mas a TdT não funciona bem com esses nucleotídeos modificados. “TdT é muito exigente”, diz Palluk. Um desses sistemas, por exemplo, exigiu cerca de uma hora para adicionar cada base modificada, muito lenta para ser praticada.
Palluk diz que ele também tentou fazer essa abordagem funcionar. “Eu abri esse caminho por dois anos”, diz ele. Mas ele começou a conversar com Daniel Arlow, um colega doutorando no laboratório de Keasling, que também estava tentando usar enzimas para sintetizar o DNA. Eventualmente, o par estabeleceu uma nova abordagem. Eles começam com quatro pools separados para as quatro bases separadas, cada uma com cópias de TdT conectadas a A, G, C ou T. Para aumentar seu oligonucleotídeo, elas adicionam uma base de um dos pools. Depois que TdT adiciona a base ao final do oligonucleotídeo, ela fica amarrada, bloqueando quaisquer cópias adicionais da enzima de reagir com o oligonucleotídeo e estendendo-o ainda mais. Os oligonucleotídeos agora são pescados e as amarras são cortadas. A TdT livre é lavada e o oligonucleotídeo está pronto para a próxima base a ser adicionada.
Em última análise, a abordagem deve ser barata, diz Keasling, porque a TdT é fácil de fabricar em bactérias e leveduras. Também é rápido. A maioria dos novos nucleotídeos se liga ao oligonucleotídeo crescente em 10 a 20 segundos, relatam Palluk, Arlow, Keasling e seus colegas na Nature Biotechnology . Por enquanto, a fase de ligação ainda leva um minuto. Portanto, sintetizar um gene inteiro provavelmente levará a maior parte do dia .
Church diz que a nova abordagem ainda não está pronta para destronar a síntese convencional de DNA. Até agora, o grupo fez oligonucleotídeos com apenas 10 bases de comprimento. E ainda há alguns problemas de escrita, já que a abordagem tinha apenas 98% de precisão ao escrever o DNA na sequência desejada, abaixo da precisão de 99% da abordagem tradicional. “É legal para uma primeira demonstração”, diz Palluk. “Mas ainda não chegou lá”.
Para escrever oligonucleotídeos com até 1000 bases de comprimento, a abordagem provavelmente precisará ser 99,9% precisa. Se chegar lá, Church diz que pode ajudar a revolucionar não apenas os esforços da biologia sintética para escrever e testar novos genes, mas também permitir esforços para escrever massivas bibliotecas de dados no DNA para criar um arquivo compacto, como pesquisas de astronomia, que poderiam ser pescadas e lidas mais tarde.