Resumo:
O campo da biologia sintética alcançou recentemente marcos significativos. A mais recente pesquisa realizada por uma equipe de pesquisa científica da Universidade da Califórnia, em San Diego, EUA, mostra que as enzimas essenciais encontradas naturalmente nos organismos terrestres podem reconhecer e transcrever com precisão uma versão expandida do código genético composto por oito letras químicas.
Esta descoberta rompe com a compreensão inerente de que a vida foi construída a partir de apenas quatro bases durante bilhões de anos na natureza. Isto prova que a maquinaria molecular existente nas células vivas é totalmente capaz de processar informação genética sintetizada artificialmente, estabelecendo uma base molecular fundamental para o desenvolvimento futuro de nova medicina de precisão, medicamentos direcionados e sistemas biológicos projetados.
A informação genética de todas as formas de vida conhecidas na Terra é registrada no sistema de codificação do DNA que consiste nas quatro letras químicas adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Embora os cientistas já tenham sintetizado novas bases em laboratório que podem ser integradas na estrutura de dupla hélice do DNA (como o sistema de "DNA de oito caracteres" contendo as quatro bases sintéticas P, Z, B e S), se essas letras não naturais podem ser analisadas com precisão pelo mecanismo de leitura dentro das células naturais sempre foi o principal gargalo para a aplicação prática da biologia sintética.
No último estudo publicado na Nature Communications, a equipe de pesquisa se concentrou na enzima chave da expressão genética – RNA polimerase (RNA Polimerase). Os pesquisadores usaram a tecnologia de microscopia crioeletrônica (Cryo-EM) para capturar com sucesso um instantâneo dinâmico da estrutura tridimensional da RNA polimerase de Escherichia coli (E. coli) quando ela lê e transcreve bases sintéticas em uma escala de alta resolução menor que a largura de um único átomo. Dados experimentais mostram que quando esta enzima natural processa pares de bases sintéticas, a sua precisão e eficiência de transcrição são altamente comparáveis às dos pares de bases naturais.
A análise estrutural revelou ainda que a RNA polimerase não rejeita essas letras sintéticas como "objetos estranhos", mas as reconhece com precisão por meio de nós de sinais estruturais e químicos que são quase os mesmos usados para reconhecer bases naturais. Além disso, a equipe de pesquisa também descobriu em outro estudo suplementar publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) que a RNA polimerase pode reconhecer e transcrever com precisão até mesmo alguns pares de bases não naturais que não possuem as forças tradicionais de ligação de hidrogênio, o que expande enormemente o espaço de design de alfabetos genéticos artificiais.Expandir o alfabeto genético de quatro para oito significa um aumento geométrico na capacidade de armazenamento de informações. Os 64 códigos genéticos originalmente compostos por combinações de três letras irão expandir-se explosivamente, tornando possível conceber e sintetizar artificialmente novos aminoácidos e proteínas funcionais que não existem na natureza. Os investigadores salientaram que esta tecnologia já apresentou vantagens únicas no campo do diagnóstico molecular, como a identificação direcionada de células cancerígenas do fígado, e desta vez conquistou o mecanismo de transcrição de enzimas naturais, o que eliminará completamente os obstáculos técnicos à utilização de biorreatores de células hospedeiras para produzir drogas sintéticas e biomateriais avançados.
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