Cientistas ensinaram uma das enzimas essenciais da biologia a ler um alfabeto genético de oito letras, potencialmente expandindo o que sistemas vivos podem ser projetados para fazer. Toda a vida conhecida na Terra depende do mesmo alfabeto genético de quatro letras. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego agora mostraram que uma das enzimas mais importantes da biologia pode ler e transcrever com precisão uma versão muito maior contendo oito letras genéticas.
A descoberta sugere que as células podem usar sua maquinaria molecular existente para lidar com informação genética sintética. Isso marca um passo importante em direção a um objetivo de longa data na biologia sintética: expandir a linguagem do DNA além das quatro letras encontradas na natureza. No futuro, tais sistemas poderiam ajudar cientistas a projetar maquinaria biológica que execute novas funções ou produza compostos que não existem naturalmente.
Como Células Leem um Alfabeto Genético de Oito Letras
Os pesquisadores focaram na RNA polimerase, a enzima que lê o DNA e produz RNA, o primeiro passo na expressão gênica. Para ver como a enzima lida com informação genética sintética, a equipe combinou experimentos bioquímicos com microscopia crioeletrônica de alta resolução capaz de revelar estruturas em escalas menores que a largura de um único átomo.
Os pesquisadores capturaram visões estruturais detalhadas da RNA polimerase de bactérias Escherichia coli (E. coli) enquanto ela reconhecia e incorporava dois pares de bases sintéticos. Essas letras genéticas artificiais não são encontradas na natureza. As imagens mostraram que a RNA polimerase identifica as letras de DNA sintético usando muitos dos mesmos sinais bioquímicos e estruturais que ela utiliza para reconhecer pares de bases naturais. Essa descoberta ajuda a explicar por que a enzima pode copiar com precisão informação escrita usando um alfabeto genético expandido.
Em um estudo relacionado publicado na PNAS, a mesma equipe de pesquisa descobriu que a RNA polimerase também pode reconhecer outro par de bases sintéticas, mesmo que elas não tenham as ligações de hidrogênio que normalmente ajudam a manter os pares de bases do DNA juntos.
DNA Sintético Poderia Permitir Novas Tecnologias
As aplicações potenciais vão muito além de entender como o DNA funciona. Pesquisas anteriores já usaram alfabetos genéticos expandidos para criar moléculas de DNA sintético capazes de reconhecer células de câncer de fígado. Ao mostrar em detalhe molecular como a RNA polimerase lê e transcreve letras de DNA não naturais, a nova pesquisa fornece uma base importante para tecnologias construídas em torno de códigos genéticos expandidos. Possíveis aplicações incluem novas ferramentas de diagnóstico, terapias e sistemas biológicos projetados com capacidades que não ocorrem naturalmente.
Os estudos, liderados por Dong Wang, PhD, foram publicados na Nature Communications e na PNAS. O trabalho aproxima os cientistas de construir sistemas genéticos expandidos que poderiam realizar funções biológicas inteiramente novas.
