A ‘pintura’ com marcadores fluorescentes tem sido uma maneira prática de detectar estruturas únicas de fita dupla no DNA. Antes limitados a uma paleta de apenas 256 cores, os cientistas agora podem criar impressionantes obras de arte de laboratório com incríveis 16 milhões de tons e matizes.
A nova técnica recria com precisão imagens digitais com profundidade de cores de 24 bits e os resultados são de tirar o fôlego.
Aqui está uma imagem digital original:
Não é apenas um novo formato artístico. A abordagem de pintura miniaturizada baseada em DNA é uma ampliação da tecnologia de microarranjos para estudar a expressão genética e também tem outro potencial.
Os pesquisadores costumam usar obras de arte para testar ou demonstrar técnicas que mais tarde poderão ser úteis em aplicações do mundo real.
“Além da imagem, um código de cores de DNA pode ter aplicações muito úteis no armazenamento de dados de DNA”, diz o químico Tadija Kekić, da Universidade de Viena.
Converter dados em sequências de DNA armazenadas em um chip é semelhante a armazenar informações em um código de barras. Este novo método desenvolvido por Kekić e outro químico da Universidade de Viena, Jory Lietard, poderia permitir uma maior quantidade de armazenamento em uma superfície menor.
Sua técnica é tão precisa que poderia ser usada para pintar características em escala micrométrica em biopolímeros. Os possíveis usos incluem biossensores e diagnósticos, onde o controle preciso da automontagem do DNA é crucial.
Uma enorme quantidade de informações pode ser armazenada no DNA como um código que consiste em sequências compostas por quatro bases químicas – adenina, guanina, citosina e timina. Cada base também corresponde a um parceiro, proporcionando a formação de sequências complementares em forma de fita dupla.
Ter uma sequência em mãos dá aos cientistas uma ferramenta para encontrar seu parceiro correspondente em uma confusão confusa. Técnicas analíticas baseadas em sequências de DNA presas a uma superfície sólida em um padrão de grade, chamadas microarranjos de DNA, contam com marcadores fluorescentes coloridos para mostrar quando as fitas complementares de DNA se ligam.
Este processo em que fitas complementares de DNA se reconhecem e se unem como fitas duplas é conhecido como hibridização. Os organismos vivos utilizam regras simples e estáveis de hibridização para ler e copiar a sua informação genética.
Para visualizar como podemos transformar sequências fluorescentes de DNA em obras de arte vibrantes, pode ser útil imaginar como os monitores coloridos modernos, como telefones e monitores de laptop, criam uma ampla gama de cores.
A cor de cada pixel na grade da tela é composta de canais primários vermelhos, verdes e azuis, e a intensidade de cada canal pode ser aumentada ou diminuída para produzir a cor que você vê
Ter incompatibilidades entre bases em uma fita dupla adiciona essencialmente uma pequena quantidade de instabilidade à sua hibridização, alterando a estrutura molecular do DNA de fita dupla.
Os pesquisadores por trás desta nova técnica de hibridização fluorescente programaram a instabilidade nas cadeias para alterar o brilho de seus marcadores fluorescentes. Ao usar corantes diferentes para cores diferentes e remover bases, a hibridização em superfícies padronizadas de DNA pode criar padrões realmente fáceis de ver.
Corantes específicos (Cy3, Cy5 e fluoresceína) em fragmentos de DNA, chamados sondas, criam 256 tons de luz em cada um dos canais vermelho, verde e azul. Isso cria um sinal de fluorescência semelhante a um controle deslizante entre nenhuma cor e todas as cores.
“Essencialmente, nossa superfície de síntese se torna uma tela para pintura com moléculas de DNA em escala micrométrica”, diz Lietard.
Para demonstrar a gama de cores, a equipe separou as imagens digitais em três camadas RGB de 8 bits e atribuiu sequências de DNA para o valor de cada pixel. Em um microarranjo do tamanho de uma unha, a técnica – síntese de arranjo sem máscara combinada com fotolitografia – pode sintetizar centenas de milhares de sequências únicas de DNA de uma só vez.
Com a ajuda de um dispositivo com centenas de milhares de pequenos espelhos correspondentes aos pixels da imagem e scripts de computador, mais de 786 mil sequências de DNA podem caber na superfície do microarranjo em uma formação de grade. É um para cada unidade de pixel de 14 x 14 micrômetros na camada RGB, com informações sobre o valor de intensidade codificado no segmento de DNA.
A digitalização dos três minúsculos microarranjos, ou ‘telas de DNA’ organizadas com precisão, e a posterior fusão digital das camadas, permite a reprodução da imagem original em mais de 16 milhões de cores com uma resolução de 1024 x 768 pixels. A equipe acredita que o processo poderia ser expandido para funcionar em full HD e até 4K.
“As imagens digitais podem ser reproduzidas com alta fidelidade na escala micrométrica usando um processo simples”, escrevem os autores.
Entre muitos usos, sinais de fluorescência de maior resolução poderiam levar a medições mais precisas de processos que ocorrem dentro de nossos corpos, permitindo uma melhor compreensão da biologia celular e detecção precoce de doenças como o câncer.
O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society.
Por Rebecca Dyer
Publicado no ScienceAlert
