Tecnologia Científica

O novo DNA genômico artificial pode se replicar e evoluir fora da célula
O professor Norikazu Ichihashi e seus colegas da Universidade de Tóquio induziram com sucesso a expressão gênica de um DNA, característica de toda a vida, e evolução por meio da replicação contínua extracelular usando ...
Por Agência de Ciência e Tecnologia do Japão - 19/11/2021


Replicação e evolução do DNA genômico artificial fora da célula. Este sistema consiste em um DNA circular e um sistema de expressão gênica livre de células reconstituído customizado de E. coli, incluindo T7 RNA polimerase e dNTP. O DNA circular contém os genes phi29 DNA polimerase e Cre recombinase sob o promotor T7 e local loxP para recombinação pela Cre recombinase. Primeiro, a polimerase de DNA phi29 e a recombinase Cre são expressas por meio de transcrição e tradução. Em seguida, a polimerase de DNA phi29 expressa inicia a replicação em círculo rolante para produzir um DNA de fita simples longa e, em seguida, sintetiza a fita complementar para produzir DNA de fita dupla longa. Finalmente, a recombinase Cre traduzida catalisa recombinação homóloga em locais loxP para reproduzir DNA circular. Quando encapsulado este sistema em gotículas em microescala e continua a replicação por muitas gerações através do ciclo de diluição em série, fornecendo o sistema de expressão gênica livre de células, o DNA acumula mutações para replicar mais por meio da evolução darwiniana. Crédito: American Chemical Society

O professor Norikazu Ichihashi e seus colegas da Universidade de Tóquio induziram com sucesso a expressão gênica de um DNA, característica de toda a vida, e a evolução por meio da replicação contínua extracelular, usando apenas materiais livres de células, como ácidos nucléicos e proteínas pela primeira vez.

A capacidade de proliferar e evoluir é uma das características que definem os organismos vivos. No entanto, nenhum material artificial com essas características foi criado. Para desenvolver um sistema molecular artificial que possa se multiplicar e evoluir, as informações ( genes ) codificadas no DNA devem ser traduzidas em RNA, as proteínas devem ser expressas e o ciclo de replicação do DNA com essas proteínas deve continuar por um longo período no sistema. Até o momento, foi impossível criar um sistema de reação em que os genes necessários para a replicação do DNA sejam expressos enquanto esses genes desempenham simultaneamente sua função.

O grupo conseguiu traduzir os genes em proteínas e replicar o DNA circular original com as proteínas traduzidas, usando um DNA circular carregando dois genes necessários para a replicação do DNA (DNA genômico artificial) e um sistema de transcrição-tradução livre de células. Além disso, eles também melhoraram com sucesso o DNA para evoluir para um DNA com um aumento de 10 vezes na eficiência de replicação, continuando este ciclo de replicação de DNA por cerca de 60 dias.

Ao adicionar os genes necessários à transcrição e tradução ao DNA genômico artificial desenvolvido pelo grupo, seria possível desenvolver células artificiais que podem crescer de forma autônoma simplesmente alimentando-as com compostos de baixo peso molecular, como aminoácidos e nucleotídeos, no futuro. Se essas células artificiais puderem ser criadas, podemos esperar que substâncias úteis atualmente produzidas usando organismos vivos (como substâncias para o desenvolvimento de drogas e produção de alimentos) se tornem mais estáveis ​​e fáceis de controlar.

Esta pesquisa foi liderada pelo Professor Norikazu Ichihashi, um diretor de pesquisa do projeto "Desenvolvimento de um sistema de replicação-transcrição-tradução de genoma artificial auto-regenerativo" na área de pesquisa "Síntese do genoma em larga escala e programação celular" no âmbito do JST's Strategic Programas Básicos de Pesquisa CREST (tipo Equipe). Nesta área de pesquisa, o JST visa elucidar princípios básicos em relação à estrutura e função dos genomas para a criação de uma plataforma tecnológica para o uso de células.

 

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