Há alguns bilhões de anos, quatro moléculas dançavam na elegante estrutura de dupla hélice do DNA, que fornece os códigos para a vida em nosso planeta. Mas esses quatro atores eram realmente fundamentais para a aparência da vida - ou outros poderiam também ter dado origem ao nosso código genético?
Um novo estudo, publicado hoje (20 de fevereiro) na revista Science, apóia a última proposta: os cientistas recentemente moldaram um novo tipo de DNA em sua elegante estrutura de dupla hélice e descobriram que possuía propriedades que poderiam sustentar a vida.
Mas se o DNA natural é uma história curta, esse DNA sintético é um romance de Tolstoi.
Os pesquisadores criaram o DNA sintético usando quatro moléculas adicionais, para que o produto resultante tivesse um código composto de oito letras em vez de quatro. Com o aumento das letras, esse DNA teve uma capacidade muito maior de armazenar informações. Os cientistas chamaram o novo DNA de "hachimoji" - que significa "oito letras" em japonês - expandindo o trabalho anterior de diferentes grupos que criaram DNA semelhante usando seis letras.
Escrevendo o código
O DNA natural é composto de quatro moléculas, chamadas bases nitrogenadas, que se unem para formar o código da vida na Terra: A se liga a T; G se liga a C. O DNA de Hachimoji inclui essas quatro bases naturais, além de mais quatro bases nucleotídicas produzidas sinteticamente: P, B, Z e S.
O grupo de pesquisa, que incluiu várias equipes diferentes nos EUA, criou centenas dessas hélices duplas Hachimoji com diferentes combinações dos pares de bases nucleotídicas naturais e sintéticas. Em seguida, eles conduziram uma série de experimentos para verificar se as várias hélices duplas tinham propriedades necessárias para sustentar a vida.
O DNA natural tem uma propriedade característica que nenhuma outra molécula genética parece ter: é estável e previsível. Isso significa que os pesquisadores podem calcular exatamente como se comportará em determinadas temperaturas e ambientes, inclusive quando se degradará.
Mas acontece que os pesquisadores também foram capazes de fazer isso com o DNA Hachimoji - eles poderiam criar um conjunto de regras que podem prever a estabilidade do DNA quando ele é exposto a diferentes temperaturas.
Requisitos para a vida
A descoberta de que é possível adicionar as quatro bases sintéticas e ainda obter um "código que é previsível e programável ... isso é sem precedentes", disse Floyd Romesberg, professor de química da Scripps Research, na Califórnia, que não participou do estudo, mas que pesquisa publicada anteriormente sobre um código anterior de seis letras. Este "documento de referência" sugere que G, C, A e T "não são únicos", disse Romesberg à Live Science.
Autor sênior Steven Benner,um colega ilustre da Fundação para a Evolução Molecular Aplicada na Flórida, concordou. Se em algum outro lugar do universo, a vida também está codificada no DNA, não será "exatamente como o que temos aqui na Terra", disse Benner à Live Science. "É muito útil ter esses tipos de experimentos em laboratório para entender quais estruturas alternativas".
Mas criar DNA que armazena informações não é suficiente, observou Benner. Ele também deve ter a capacidade de transferir essas informações para o RNA da molécula irmã, para que o RNA possa instruir as proteínas a realizar todos os negócios em um organismo.
Com isso em mente, os pesquisadores desenvolveram enzimas sintéticas - proteínas que facilitam uma reação - que copiaram com sucesso o DNA do Hachimoji no RNA do Hachimoji. Além disso, eles descobriram que a molécula de RNA era capaz de se dobrar em uma forma de L que seria necessária para transferir mais informações.
Além disso, as cadeias de DNA devem ser capazes de se torcer na mesma estrutura tridimensional - a famosa dupla hélice.
A equipe criou três estruturas cristalinas do DNA de Hachimoji, cada uma com diferentes seqüências dos oito pares de bases, e descobriu que, de fato, cada uma formava a clássica dupla hélice.
Ainda assim, para que o DNA Hachimoji suporte a vida, existe um quinto requisito, disse Benner. Ou seja, ele precisa ser auto-sustentável ou ter a capacidade de sobreviver por conta própria. No entanto, os pesquisadores pararam de investigar essa etapa, a fim de impedir que a molécula se tornasse um risco biológico que poderia um dia penetrar nos genomas dos organismos da Terra.
Um vocabulário em expansão
Além de vislumbrar alternativas para a vida no cosmos, essa fita de DNA de oito letras também tem aplicações aqui em nosso planeta. Um alfabeto genético de oito letras armazena mais informações e se liga a certos alvos de maneira mais específica, disse Benner. Por exemplo, o DNA de Hachimoji pode ser usado para se ligar a células de câncer de fígado ou toxinas de antraz ou para acelerar reações químicas.
"Ao aumentar o número de letras de seis para oito, a diversidade de seqüências de DNA aumenta bastante", Ichiro Hirao, biólogo molecular sintético do Instituto de Bioengenharia e Nanotecnologia, A * STAR em Cingapura, que também não participou do estudo. , disse em um email. (A equipe de Hirao também esteve envolvida, no entanto, em pesquisas anteriores que criaram cadeias de DNA de seis letras)
É claro que "esta é apenas uma primeira demonstração" de uma dupla hélice de DNA de oito letras e, para uso prático, precisamos melhorar a precisão e a eficiência da replicação e transcrição no RNA, disse Hirao em um email. Ele imagina que, eventualmente, eles poderão construir ainda mais cartas.
