Publicado na EurekAlert!
Pela primeira vez, um vídeo primitivo foi codificado – e depois reproduzido com sucesso – em DNA em células vivas. Cientistas financiados pelo National Institutes of Health dizem que isso é um gigantesco passo rumo a um “gravador molecular” que pode um dia tornar possível obter leituras, por exemplo, das mudanças do estado interno de neurônios enquanto eles se desenvolvem.
“Nós queremos transformar células em historiadoras”, explicou o neurocientista Seth Sipman, P.h.D e pós-doutorando na Harvard Medical School em Boston. “Nós visualizamos um sistema de memória biológico que é muito menor e mais versátil que as tecnologias de hoje em dia, que rastreará muitos eventos de forma não-intrusiva ao longo do tempo”.
O vídeo original, à esquerda, e o que conseguiu ser recuperado da bactéria, à direita.
A equipe reportou seu conceito de uma futurista “fita adesiva molecular” online em 12 de Julho, no periódico Nature.
A habilidade de gravar tais eventos sequenciais como um filme à nível molecular é a chave para reinventar o próprio conceito de gravação utilizando engenharia molecular, disseram os pesquisadores. Nesse esquema, as próprias células podem ser induzidas para gravar eventos moleculares – como mudanças de expressão de genes ao longo do tempo – em seus próprios genomas. Então, a informação poderia ser recuperada ao simplesmente sequenciar os genomas das células onde ela está armazenada.
“Se nós tivéssemos essas etapas transcricionais, nós poderíamos utilizá-la como uma receita para construir células similares”, adicionou Shipman. “Estas poderiam ser utilizadas como modelos para estudar doenças – ou até mesmo em tratamentos”.
Para começar, os pesquisadores precisaram demonstrar que o DNA pode ser usado para codificar não apenas informação genética no seu genoma, mas qualquer sequência arbitrária de informações. Para isso, eles utilizaram a tecnologia de edição de genes do momento, a CRIPSR. Eles primeiro demonstraram que eles podiam codificar e recuperar uma imagem de uma mão humana em uma molécula de DNA inserida em bactéria. Então eles codificaram e recuperaram de maneira similar frames de uma clássica sequência de corrida de cavalos de 1870 – uma antecessora dos vídeos atuais.
Os pesquisadores já haviam anteriormente demonstrado que podiam usar CRISPR para armazenas sequências de DNA em bactérias. CRISPR é um grupo de proteínas e DNA que agem como um sistema imune em algumas bactérias, “vacinando-as” com memórias genéticas de infecções virais. Quando um vírus infecta uma bactéria, CRISPR corta uma parte do DNA viral e o armazena no próprio genoma bacteriano. A bactéria então usa o DNA armazenado para reconhecer o vírus e se defender de ataques futuros.
“A natureza sequencial do CRISPR faz dele um sistema atraente para gravar eventos ao longo do tempo”, explicou Shipman.
Os pesquisadores então traduziram cinco frames da corrida de cavalos do DNA. Ao longo de cinco dias, eles trataram sequencialmente bactérias com um frame do DNA traduzido. Após isso, eles foram capazes de reconstruir o filme com 90% de acurácia ao sequenciar o DNA bacterial.
Apesar dessa tecnologia poder ser usada de diversas maneiras, os pesquisadores esperam ser capazes de usá-la para estudar o cérebro.
“Nós queremos utilizar os neurônios para gravar a história molecular do cérebro durante o desenvolvimento”, disse Shipman. “Tal gravador molecular nos permitiria eventualmente coletar dados de cada célula do cérebro simultaneamente, sem precisar acessá-las, observar as células diretamente, ou causar disrupções no sistema para extrair material genético ou proteínas”.
