Tecnologia Científica
O novo DNA gena´mico artificial pode se replicar e evoluir fora da canãlula
O professor Norikazu Ichihashi e seus colegas da Universidade de Ta³quio induziram com sucesso a expressão gaªnica de um DNA, característica de toda a vida, e evolua§a£o por meio da replicaça£o contanua extracelular usando ...
Por
Agência de Ciência e Tecnologia do Japão - 19/11/2021
Replicação e evolução do DNA gena´mico artificial fora da canãlula. Este sistema consiste em um DNA circular e um sistema de expressão gaªnica livre de células reconstituado customizado de E. coli, incluindo T7 RNA polimerase e dNTP. O DNA circular contanãm os genes phi29 DNA polimerase e Cre recombinase sob o promotor T7 e local loxP para recombinação pela Cre recombinase. Primeiro, a polimerase de DNA phi29 e a recombinase Cre são expressas por meio de transcrição e tradução. Em seguida, a polimerase de DNA phi29 expressa inicia a replicação em carculo rolante para produzir um DNA de fita simples longa e, em seguida, sintetiza a fita complementar para produzir DNA de fita dupla longa. Finalmente, a recombinase Cre traduzida catalisa recombinação homa³loga em locais loxP para reproduzir DNA circular. Quando encapsulado este sistema em gotaculas em microescala e continua a replicação por muitas gerações atravanãs do ciclo de diluição em sanãrie, fornecendo o sistema de expressão gaªnica livre de células, o DNA acumula mutações para replicar mais por meio da evolução darwiniana. Crédito: American Chemical Society
O professor Norikazu Ichihashi e seus colegas da Universidade de Ta³quio induziram com sucesso a expressão gaªnica de um DNA, característica de toda a vida, e a evolução por meio da replicação contanua extracelular, usando apenas materiais livres de células, como a¡cidos nuclanãicos e proteanas pela primeira vez.
A capacidade de proliferar e evoluir éuma das caracteristicas que definem os organismos vivos. No entanto, nenhum material artificial com essas caracteristicas foi criado. Para desenvolver um sistema molecular artificial que possa se multiplicar e evoluir, as informações ( genes ) codificadas no DNA devem ser traduzidas em RNA, as proteanas devem ser expressas e o ciclo de replicação do DNA com essas proteanas deve continuar por um longo período no sistema. Atéo momento, foi impossível criar um sistema de reação em que os genes necessa¡rios para a replicação do DNA sejam expressos enquanto esses genes desempenham simultaneamente sua função.
O grupo conseguiu traduzir os genes em proteanas e replicar o DNA circular original com as proteanas traduzidas, usando um DNA circular carregando dois genes necessa¡rios para a replicação do DNA (DNA gena´mico artificial) e um sistema de transcrição-tradução livre de células. Além disso, eles também melhoraram com sucesso o DNA para evoluir para um DNA com um aumento de 10 vezes na eficiência de replicação, continuando este ciclo de replicação de DNA por cerca de 60 dias.
Ao adicionar os genes necessa¡rios a transcrição e tradução ao DNA gena´mico artificial desenvolvido pelo grupo, seria possível desenvolver células artificiais que podem crescer de forma auta´noma simplesmente alimentando-as com compostos de baixo peso molecular, como aminoa¡cidos e nucleotadeos, no futuro. Se essas células artificiais puderem ser criadas, podemos esperar que substâncias aºteis atualmente produzidas usando organismos vivos (como substâncias para o desenvolvimento de drogas e produção de alimentos) se tornem mais esta¡veis ​​e fa¡ceis de controlar.
Esta pesquisa foi liderada pelo Professor Norikazu Ichihashi, um diretor de pesquisa do projeto "Desenvolvimento de um sistema de replicação-transcrição-tradução de genoma artificial auto-regenerativo" na área de pesquisa "Santese do genoma em larga escala e programação celular" no a¢mbito do JST's Strategic Programas Ba¡sicos de Pesquisa CREST (tipo Equipe). Nesta área de pesquisa, o JST visa elucidar princapios ba¡sicos em relação a estrutura e função dos genomas para a criação de uma plataforma tecnologiica para o uso de células.
