Cientistas descobriram que as polimerases de ADN conseguem escrever segmentos longos e estruturados de novo material genético sem precisarem de qualquer molde para copiar.
Esta observação dá um novo enquadramento a um comportamento conhecido há muito tempo, mas frequentemente ignorado, como possível via para produzir ADN com comprimentos que a química convencional continua a ter dificuldade em alcançar.
Provas nos filamentos de ADN produzidos pelas polimerases
Ao analisar milhares de cadeias de ADN geradas espontaneamente por estas enzimas, os investigadores viram que as sequências deixavam de parecer aleatórias e passavam a revelar padrões repetitivos bem definidos.
Na Universidade de Bristol, a equipa associou esses padrões a polimerases específicas e a condições concretas de reacção, demonstrando que o resultado obedecia a regras identificáveis.
Essas regras deram origem a padrões que iam desde repetições simples até estruturas de sequência mais elaboradas, evidenciando muito mais ordem do que os cientistas esperavam anteriormente deste processo.
E como é possível orientar uma saída padronizada de formas que não permitem controlar “ruído”, este achado levanta uma questão mais profunda sobre o funcionamento desta forma invulgar de escrita.
“Rabiscagem” de ADN
Em circunstâncias normais, uma polimerase de ADN - uma enzima que constrói ADN letra a letra - copia uma cadeia já existente.
Os cientistas chamam a esta capacidade de construir ADN sem um molde “rabiscagem”, e as primeiras unidades de ADN adicionadas podem favorecer que o mesmo padrão se prolongue.
Variações de temperatura e a disponibilidade dos blocos de construção do ADN determinam quais as unidades que a enzima acrescenta a seguir, originando diferentes padrões repetitivos.
Este mecanismo de retroalimentação ajuda a perceber porque é que os produtos finais formam padrões, em vez de se limitarem a cadeias totalmente aleatórias de material genético.
Porque é que o comprimento importa
Os métodos actuais para construir ADN funcionam melhor com segmentos curtos, porque cada passo adicional aumenta a probabilidade de ocorrer um erro.
Mesmo com avanços recentes, só foi possível estender esses segmentos para a ordem de alguns milhares de unidades de ADN, ilustrando o quão difícil continua a ser construir cadeias mais longas.
Em contraste, o mesmo processo sem molde descrito acima gerou cadeias com dezenas de milhares de unidades numa única execução.
Esta diferença pode ser decisiva quando é necessário ADN muito longo para montar genes ou para controlar a forma como as células se comportam.
Ler ADN através de sinais eléctricos
Para perceber exactamente o que estas enzimas produziram, a equipa recorreu a um método que lê ADN detectando sinais eléctricos minúsculos à medida que cada unidade atravessa um sensor.
Esta abordagem permitiu acompanhar cadeias completas de início ao fim, em vez de as fragmentar em partes mais pequenas.
Em paralelo, usaram uma segunda ferramenta para mapear a forma física das cadeias de ADN a uma escala muito reduzida.
A junção da informação da sequência com a informação da forma deu uma imagem mais nítida do que as enzimas produziram e de como se formaram cadeias tão longas.
Controlar a reacção
Depois de os padrões se tornarem claros, os investigadores tentaram influenciar a reacção, em vez de se limitarem a observá-la.
Ao modificar o aquecimento, alterou-se a rapidez com que as letras eram adicionadas, o que mudou o equilíbrio dos blocos repetidos nas cadeias finais.
Quando a reacção foi restringida a apenas dois dos quatro blocos de construção do ADN, as enzimas passaram a produzir longos trechos de repetição muito regulares - alguns com mais de 1.000 unidades.
Esta resposta previsível a mudanças simples fez o processo parecer menos aleatório e mais próximo de algo que os cientistas poderiam controlar de propósito.
ADN construído do zero
Este comportamento foi notado pela primeira vez há décadas, quando experiências iniciais mostraram que algumas polimerases de ADN conseguiam iniciar a construção de ADN novo mesmo sem uma cadeia para copiar.
Um artigo de 1960 descreveu um desses produtos inesperados, associando o efeito a apenas duas letras do ADN.
“A rabiscagem por polimerases de ADN é conhecida há décadas, mas em grande medida tem sido tratada como uma curiosidade”, afirmou Gorochowski.
Os resultados de Bristol mudaram esse enquadramento ao demonstrar que os investigadores conseguem mapear, comparar e influenciar este tipo de produção invulgar.
Um caminho para variação genética
Se as células conseguirem, ocasionalmente, criar novos padrões de ADN por conta própria, este processo poderá constituir um caminho para gerar variação genética.
Pequenas repetições podem alterar a forma como o ADN se dobra ou como os genes são regulados, mesmo quando as letras subjacentes parecem simples.
Ao ligar condições específicas a padrões concretos, este trabalho deu aos investigadores uma forma melhor de perguntar em que situações estas sequências podem surgir.
Esta hipótese continua a ser provisória em células vivas, mas o estudo torna a questão muito mais fácil de testar directamente.
Implicações para a biotecnologia
Um sistema controlável baseado em enzimas poderá tornar mais fácil e mais barato produzir longos segmentos de ADN, algo que hoje é difícil e demorado de montar.
Esta área desenha ou reconstrói sistemas vivos para tarefas práticas, e as sequências longas determinam muitas vezes aquilo que os investigadores conseguem tentar fazer.
“O nosso trabalho mostra que é um processo ajustável, com implicações para a forma como novo material genético é criado e um potencial real para a biotecnologia”, disse Gorochowski.
Ainda assim, qualquer plataforma prática precisará de controlo fiável sobre erros de sequência, distribuição de comprimentos e subprodutos indesejados.
Limitações do estudo e investigação futura
Nem todas as cadeias longas produzidas por rabiscagem serão úteis, porque as repetições podem dominar e a ordem exacta continua a ser difícil de impor.
Polimerases concebidas por engenharia poderão melhorar esse controlo, mas a área ainda necessita de formas mais limpas de iniciar, parar e verificar cada produto.
As questões de segurança também ganham relevância quando os cientistas passam de cadeias experimentais misturadas para partes biológicas desenhadas para aplicações reais.
Estes limites mantêm o trabalho na fase de investigação, embora o resultado de base pareça agora mais prático do que antes.
O que se desenha é uma visão das polimerases de ADN como algo mais do que enzimas copiadoras, capazes de produzir material longo e padronizado.
O trabalho futuro exigirá controlo mais apertado e melhores verificações de erro, mas o resultado já alarga o que os cientistas podem pedir às enzimas para fabricar.
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