Notícia

Novo método para detecção precoce de doenças usa gotículas de DNA

Fonte

TITech | Instituto de Tecnologia de Tóquio

Data

quinta-feira, 9 junho 2022 06:40

Áreas

Bioinformática. Biologia. Bioquímica. Ciência de Dados. Computação. Genética. Lógica. Nanotecnologia.

A formação de gotículas aquosas por separação de fase líquido-líquido (ou coacervação) em macromoléculas é um tema de pesquisa destacado em ciências da vida. Dessas várias macromoléculas que formam gotículas, o DNA é bastante interessante por ser previsível e programável, qualidades úteis em nanotecnologia. Recentemente, a programabilidade do DNA foi usada para construir e regular gotículas de DNA formadas pela coacervação de DNAs projetados em sequência.

Um grupo de cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (TITech), liderado pelo professor Dr. Masahiro Takinoue, desenvolveu uma ‘gotícula de DNA computacional’ com a capacidade de reconhecer combinações específicas de microRNAs sintetizados quimicamente (miRNAs) que atuam como biomarcadores de tumores. Usando esses miRNAs como entrada molecular, as gotículas podem fornecer uma saída de computação lógica de DNA por meio da separação física de fase de gotículas de DNA. O professor Takinoue explicou a necessidade do estudo: “As aplicações de gotículas de DNA foram relatadas em microcompartimentos inspirados em células. Embora os sistemas biológicos regulem suas funções combinando biossensores com computação lógica molecular, não há literatura disponível sobre a integração de gotículas de DNA com computação molecular”.

As descobertas foram publicadas na revista científica Advanced Functional Materials.

Desenvolver essas gotículas de DNA exigiu uma série de experimentos. Primeiro, os pesquisadores projetaram três tipos de nanoestruturas de DNA em forma de Y chamadas de Y- A, B e C com 3 extremidades adesivas para fazer gotículas A, B e C de DNA. Normalmente, gotículas semelhantes se unem automaticamente enquanto para unir gotículas diferentes é necessária uma molécula ‘ligante’ especial. Então, eles usaram moléculas ligantes para unir a gota A com a gota B e C; essas moléculas ligantes foram chamadas ligantes AB e AC, respectivamente.

Em seu primeiro experimento, eles avaliaram a operação ‘AND’ (‘e’ lógico) na mistura de gotículas AB, introduzindo 2 DNAs de entrada. Nesta operação, a presença da entrada é registrada como 1 enquanto sua ausência é registrada como 0. A separação de fases da mistura de gotículas AB ocorreu apenas em (1,1), ou seja, quando ambos os DNAs de entrada estão presentes, sugerindo aplicação bem-sucedida da operação ‘AND’. Após este estudo, os cientistas decidiram introduzir marcadores tumorais de câncer de mama, miRNA-1 e miRNA-2, à mistura de gotículas AC como entradas para a operação ‘AND’. A operação ‘AND’ foi bem sucedida implicando que a gota de DNA computacional identificou os miRNAs. Nos experimentos subsequentes, a equipe demonstrou operações simultâneas ‘AND’ e ‘NOT’ na mistura AB com biomarcadores de câncer de mama miRNA-3 e miRNA-4. Por fim, eles criaram uma mistura de gotículas ABC e introduziram todos os 4 biomarcadores de câncer de mama nessa solução. A separação de fases na gota ABC dependeu da clivagem do ligante, resultando em uma separação de duas fases ou uma separação de três fases.

Essa propriedade da gota ABC permitiu aos pesquisadores demonstrar a capacidade de detectar um conjunto de biomarcadores de câncer conhecidos ou detectar marcadores de 3 doenças simultaneamente. O professor Takinoue vê um enorme potencial para as ‘gotículas de DNA computacional’. Segundo ele, “Se uma gota de DNA puder ser desenvolvida para integrar e processar múltiplas entradas e saídas, podemos usá-la na detecção precoce de doenças, bem como em sistemas de entrega de medicamentos. Nosso estudo atual também atua como um trampolim para pesquisas no desenvolvimento de sistemas inteligentes de células artificiais e robôs moleculares”, concluiu o cientista.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Tóquio (em inglês).

Fonte: Instituto de Tecnologia de Tóquio. Imagem: gotículas de DNA computacional. Fonte: Jing Gong, Nozomi Tsumura, Masahiro Takinoue (TITech) e Yusuke Sato, Universidade Tohoku.

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