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Nanoporo de proteína detecta DNA

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Uma das maiores promessas da área médica são os tratamentos personalizados, também conhecidos como medicina personalizada. Esse termo é utilizado para designar a prática da medicina clínica que se baseia nas informações da farmacogenômica e farmacogenética. Essa última estuda a variabilidade genética dos indivíduos com relação a drogas específicas. Já a farmacogenômica, a evolução da farmacogenética, estuda de forma individualizada a informação da resposta terapêutica.

Buscando aprimorar esse revolucionário tipo de tratamento, uma equipe de pesquisadores liderada pelo físico da Universidade de Washington, Jens Gundlach, desenvolveu um método em nano escala para o sequenciamento de DNA. A técnica é considerada, relativamente rápida e de baixo custo. O artigo que descreve a nova técnica, pode ser encontrado na edição do dia 16 de agosto da Proceedings of the National Academy of Sciences.  Os cientistas criaram um leitor de DNA, que combina a biologia e a tecnologia do nanoporo – poros de diâmetro nanométrico - usando uma proteína da Mycobacterium smegmatis. Eles desenvolveram um nanoporo com uma abertura de 1 bilionésimo de metro, com diâmetro suficiente para medir uma única fita de DNA, por vez.

O uso de nanoporos vem sendo amplamente estudado na tentativa de aperfeiçoamento da técnica, pois os métodos atuais de sequenciamento de DNA são considerados muito vagarosos, quando o objetivo é o de seqüenciar o genoma de um indivíduo para criar medicamentos específicos.

Nesse estudo, os pesquisadores utilizaram a porina MspA – uma classe de proteínas transmembranares, responsáveis pela difusão de pequenos metabólitos – originada da bactéria da espécie Mycobacterium smegmatis para criar uma abertura que possibilitasse a passagem de apenas uma molécula de DNA. A escolha foi baseada em sua grande estabilidade, quando em ambientes com alto grau de estresse, e a possibilidade de ser modificada, graças à estrutura cristalina. Outra característica de destaque da MspA é a presença de um canal de constrição curto e estreito, o qual permite uma melhor caracterização de curtos segmentos do DNAss (DNA single strand ou DNA de fita simples) que passam pelos poros.

Baseando-se nessas características da porina e na eliminação das cargas negativas do canal de constrição, os cientistas construíram uma MspA mutante. Essa mutação tornou a proteína capaz de detectar e caracterizar eletronicamente moléculas de DNAss que atravessam os poros. Além da MspA, os cientistas construíram outra proteína mutante com trocas adicionais de resíduos carregados negativamente por aqueles com carga positiva, na região de passagem do poro.    
 
Solucionada a questão da construção do poro, os pesquisadores precisavam resolver o problema da velocidade de passagem dos nucleotídeos através deles, que é de um milionésimo de segundo, ou seja, muito rápido para conseguir diferenciar o sinal de cada DNA. Para resolver esse problema, os cientistas uniram uma parte do DNAss entre cada nucleotídeo que eles desejavam medir. A outra parte da molécula se fixaria na borda do nanoporo, causando uma interrupção do fluxo durante um tempo suficiente para que seja feita a leitura do DNA no interior do nanoporo.

Após terem passado alguns milissegundos, parte da dupla fita do ácido nucléico se separa, dando continuidade ao fluxo, até que outro DNAds (double strand) seja encontrado e o nucleotídeo seja lido.

Os resultados obtidos nesse estudo mostraram que o uso da MSPA como nanoporo para analisar os ácidos nucléicos, pode contribuir como uma plataforma para a construção de moléculas de detecção e para a caracterização de aplicações. Esses dados possibilitarão o desenvolvimento de uma nova técnica, mais barata e rápida de seqüenciamento, oferecendo novas perspectivas de diagnóstico para diversas doenças e de desenvolvimento de drogas personalizadas.
27/08/2010
Arlei Maturano - Equipe Biotec AHG
 

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