A transcrição e tradução de DNA contendo pares de bases sintéticas se torna uma realidade nas células vivas
Código Genético
Um código genético com um par de bases sintéticas, publicado pela primeira vez em 2014, agora pode não apenas se replicar dentro de células vivas, mas também codificar e produzir proteínas contendo aminoácidos atípicos, de acordo com um relatório publicado na Nature em 29 de novembro de 2017. Este avanço agora prepara o terreno para que bioquímicos gerem proteínas com formas e funções inteiramente novas para aqueles que podem ser criados por organismos naturais, dizem os autores.
O engenheiro químico e biológico Michael Jewett, da Northwestern University, que não esteve envolvido no estudo, diz:
“O que é tão especial sobre o trabalho é que os autores capturaram todo o fluxo de informações do dogma central - armazenamento de informações, recuperação e, finalmente, tradução em uma saída funcional - usando esse alfabeto genético expandido.”
Em todas as formas de vida na Terra, a informação genética é composta de um alfabeto de quatro letras - os nucleotídeos G, C, A e T, que formam os pares de bases G-C e A-T. Mas há três anos, o professor de química Floyd Romesberg, do Instituto de Pesquisa Scripps na Califórnia, estendeu este alfabeto, relatando a criação de nucleotídeos artificiais adicionais, X e Y, que poderiam se juntar ao DNA e participar da replicação dentro de uma célula bacteriana viva.
A partir de então, Romesberg explica, a ambição da equipe era “fazer as moléculas funcionarem com polimerases e com ribossomos, em uma célula” - isto é, trabalhar com a maquinaria celular que transcreve DNA em RNA e traduz RNA em proteína. Agora, essa ambição foi alcançada.
Codificando proteínas com bases sintéticas
Primeiro, os pesquisadores introduziram o par de bases artificiais, X-Y, no gene da proteína verde fluorescente (GFP) - trocando um códon em uma parte não crítica do gene do TAC (que codifica o aminoácido tirosina) para o AXC. Em seguida, eles criaram um RNA de transferência que continha o anti-códon correspondente, GYT, e que carregava um aminoácido não canônico chamado PrK - um aminoácido fornecido pelos pesquisadores que raramente é encontrado em qualquer proteína natural. A equipe então expressou esses dois genes dentro de bactérias especializadas que suportam a retenção de nucleotídeos sintéticos dentro de seu DNA - chamados de organismos semissintéticos.
Estrutura química do dNaM-dTPT3 UBP e um par de bases natural dA-dT.
E eis que, os microorganismos produziram proteínas GFP contendo o aminoácido não padronizado. Toda proteína produzida em qualquer célula viva foi produzida pela decodificação de um alfabeto de quatro letras. Nós agora relatamos a decodificação de proteínas com um alfabeto de seis letras. Isso ainda faz o cabelo na parte de trás do meu pescoço ficar de pé. - diz Floyd Romesberg. A equipe mostrou que a transcrição e a tradução poderiam ocorrer com um códon sintético alternativo - o GXC - e resultaria na inclusão de outro aminoácido não-canônico chamado pAzF. Eles usaram vários ensaios, incluindo espectrometria de massa, para confirmar a presença dos aminoácidos não-canônicos dentro das proteínas.
Química de pareamento diferente
O par de bases X-Y artificial é formado por atração hidrofóbica entre os dois elementos, em vez de ligação de hidrogênio, que normalmente forma as conexões entre os pares de bases naturais de Watson e Crick. Mas os nucleotídeos X e Y são similares - compartilhando a composição de base de açúcar-fosfato dos nucleotídeos normais. "É realmente interessante que você não precise de pontes de hidrogênio para controlar a transferência de informações", diz Richards. “O que isso me diz”, diz Wu, “é que ser capaz de aproximar a forma dos pares de bases é o suficiente”. No entanto, a química de pareamento incomum provavelmente limita o número de pares de bases artificiais que poderiam ser incluídos em uma molécula de DNA, diz Richards. "Você obtém distorções na hélice", onde esses pares de bases ocorrem, ele explica. Assim, um único par de bases pode ser acomodado porque “os pares de bases circundantes de Watson e Crick quase certamente compensam. Mas se você tivesse três seguidas, não é tão claro se você poderia manter a estrutura helicoidal, ou que as enzimas realmente funcionariam.”
Western Blot marcando proteína fluorescente verde com aminoácido sintético
Outros pesquisadores, incluindo Steven Benner, da Foundation for Applied Molecular Evolution, na Flórida, criaram uma série de novos pares de bases que utilizam pontes de hidrogênio. Estes se integram ao DNA sem romper a dupla hélice e podem estar presentes no DNA em longos trechos. No entanto, até agora, esses nucleotídeos só são capazes de replicação, transcrição e tradução in vitro, Benner explica. A aplicação mais provável para o par de bases artificiais de Romesberg é “incorporar aminoácidos não naturais em partes específicas das proteínas”, diz Wu, aumentando assim enormemente as possibilidades de os bioquímicos criarem proteínas com novas funções. Ter um aminoácido único dentro de uma proteína poderia, por exemplo, permitir a ligação de um fármaco ou outra molécula de interesse a um ponto específico de uma proteína específica. E para esses tipos de aplicações, as limitações da ligação hidrofóbica provavelmente "não importam", diz Richards.
Fonte: https://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/51051/title/Six-Letter-DNA-Alphabet-Produces-Proteins-in-Cells/
Y. Zhang et al., “A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information,” Nature, doi:10.1038/nature24659, 2017.
