Pesquisadores desenvolveram um novo tipo de DNA no laboratório que é composto de oito letras, ao invés das quatro naturais.
Crédito: Millie Georgiadis, Escola de Medicina da Universidade de Indiana
Um par de bilhões de anos atrás, quatro moléculas dançaram na elegante estrutura de dupla hélice do DNA, que fornece os códigos para a vida em nosso planeta. Mas estes quatro jogadores eram realmente fundamentais para a aparência da vida - ou outros poderiam também ter dado origem ao nosso código genético?
Um novo estudo, publicado em 20 de fevereiro na revista Science , apóia a última proposição: os cientistas moldaram recentemente um novo tipo de DNA em sua elegante estrutura de dupla hélice e descobriram que ele tinha propriedades que poderiam sustentar a vida.
Mas se o DNA natural é um conto, esse DNA sintético é um romance de Tolstoi .
Os pesquisadores criaram o DNA sintético usando quatro moléculas adicionais, de modo que o produto resultante tinha um código composto de oito letras em vez de quatro. Com o aumento das letras, esse DNA tinha uma capacidade muito maior de armazenar informações. Os cientistas chamaram o novo DNA de "hachimoji" - que significa "oito letras" em japonês - expandindo o trabalho anterior de diferentes grupos que criaram DNA semelhante usando seis letras.
Escrevendo o código
O DNA natural é composto de quatro moléculas, chamadas bases nitrogenadas , que se combinam para formar o código da vida na Terra: A se liga a T; G liga-se a C. O DNA de Hachimoji inclui estas quatro bases naturais, mais quatro bases nucleotídicas sintéticas: P, B, Z e S.
O grupo de pesquisa, que incluiu várias equipes diferentes nos EUA, criou centenas dessas hélices duplas de Hachimoji com diferentes combinações de pares de bases de nucleotídeos naturais e sintéticos. Então, eles realizaram uma série de experimentos para ver se as várias hélices duplas tinham propriedades necessárias para suportar a vida.
O DNA natural tem uma característica marcante que nenhuma outra molécula genética parece ter: é estável e previsível. Isso significa que os pesquisadores podem calcular exatamente como ele se comportará em determinadas temperaturas e ambientes, inclusive quando ele se degradará.
Mas acontece que os pesquisadores também conseguiram fazer isso com o DNA de Hachimoji - eles poderiam criar um conjunto de regras que podem prever a estabilidade do DNA quando exposto a diferentes temperaturas.
Requisitos para a vida
A descoberta de que é possível adicionar as quatro bases sintéticas e ainda obter um "código que é previsível e programável ... é simplesmente sem precedentes", disse Floyd Romesberg, professor de química da Scripps Research na Califórnia, que não fazia parte do estudo. mas que anteriormente publicou pesquisas sobre um código anterior de seis letras. Este "artigo histórico" sugere que G, C, A e T "não são únicos", disse Romesberg à Live Science.
O autor sênior Steven Benner, um distinto colega na Fundação para a Evolução Molecular Aplicada na Flórida, concordou. Se em algum outro lugar do universo , a vida também é codificada no DNA, não será "exatamente como o que temos aqui na Terra", disse Benner à Live Science. "É muito útil ter esses tipos de experimentos em laboratório para entender quais estruturas alternativas [existem]."
Mas criar DNA que armazene informações não é suficiente, observou Benner. Ele também tem que ter a capacidade de transferir essa informação para o RNA de sua molécula irmã , de modo que esse RNA possa instruir proteínas para realizar todos os negócios em um organismo.
Com isso em mente, os pesquisadores desenvolveram enzimas sintéticas - proteínas que facilitam uma reação - que copiaram com sucesso o DNA de Hachimoji para o RNA de Hachimoji. Além disso, eles descobriram que a molécula de RNA era capaz de se dobrar em uma espécie de forma de L que seria necessária para transferir informações.
Além disso, os filamentos de DNA devem ser capazes de se torcer para a mesma estrutura tridimensional - a famosa dupla-hélice .
A equipe criou três estruturas de cristal do DNA de Hachimoji, cada uma com seqüências diferentes dos oito pares de bases, e descobriu que, de fato, cada uma formava a dupla hélice clássica.
Ainda assim, para que o DNA Hachimoji suporte a vida, há um quinto requisito, disse Benner. Ou seja, precisa ser autossustentável ou ter a capacidade de sobreviver por conta própria. No entanto, os pesquisadores pararam de investigar essa etapa, a fim de evitar que a molécula se tornasse um risco biológico que poderia um dia chegar aos genomas de organismos na Terra.
Um vocabulário em expansão
Além de vislumbrar alternativas para a vida no cosmos , essa fita de DNA de oito letras também tem aplicações aqui em nosso planeta. Um alfabeto genético de oito letras armazenará mais informações e se ligará a certos alvos mais especificamente, disse Benner. Por exemplo, o DNA de Hachimoji pode ser usado para se ligar a células de câncer de fígado ou toxinas de antraz , ou ser usado para acelerar reações químicas.
"Aumentando o número de letras de seis para oito, a diversidade de seqüências de DNA é grandemente aumentada", Ichiro Hirao, um biólogo molecular sintético no Instituto de Bioengenharia e Nanotecnologia, A * STAR em Cingapura que também não fazia parte do estudo. , disse em um email. (A equipe de Hirao também estava envolvida, no entanto, em pesquisas anteriores que criaram cadeias de DNA de seis letras)
Claro, "esta é apenas uma primeira demonstração" de uma dupla hélice de DNA de oito letras, e para uso prático, precisamos melhorar a precisão e a eficiência da replicação e transcrição em RNA, disse Hirao em um e-mail. Ele imagina que, eventualmente, eles poderão construir até mais letras.
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