A elegante estrutura do DNA tem inspirado químicos durante décadas. Sua composição se restringe a quatro (apenas QUATRO!) bases nucleotídicas (ou simplesmente nucleotídios) que são, a saber, citosina, guanina, timina e adenina. São essas simples substâncias que produzem todas as variações genéticas conhecidas em cada organismo vivo, mediante seu emparelhamento. Com base nesse princípio, os cientistas têm feito alterações no DNA para uma variedade de finalidades. No entanto, um aspecto do comportamento natural do DNA tem sido um mistério que, aos poucos, vem sendo estudado: sua replicação.

DNA polimerases são enzimas que estão presentes tanto em células de procariontes, como eucariontes. Procariontes são indivíduos, cujas células não apresentam uma membrana que proteja seu material genético, isto é, fica tudo junto e misturado, sambando pra lá e pra cá, numa verdadeira mixórdia celular. Eucariontes, por outro lado, possuem uma membrana, chamada “membrana nuclear”. Essas polimerases são responsáveis, entre outras coisas, pelo pareamento das bases nucleotídicas.

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Até agora, não ouve grandes avanços em se obter replicações de DNA de células vivas em laboratório. Isso é importante, principalmente se levarmos em conta que isso levaria um melhor desenvolvimento de tratamentos genéticos; mas ao que parece, Eric Kool e os seus colegas da Universidade de Stanford e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts conseguiram inserir e reproduzir DNA artificial em células de Escherichia coli. Este primeiro exemplo bem sucedido de contornar a replicação celular natural máquina foi publicado num artigo da Angewandte Chemie International Edition.

Os pesquisadores ampliaram o tamanho dos nucleotídios nativos para criar exemplares não-naturais que são 2,4 ângstrons (1 ângstrom = 10^–10 m, ou seja, o metro é 1 seguido de DEZ zeros maior que um ângstrom) maiores, que são ligeiramente menores que o diâmetro da molécula da água (cerca de 2,75 ângstrons). Embora os nucleotídios artificiais são “visivelmente” (licença poética, gente) maiores, eles ainda estabelecem ligações de hidrogênio (forma correta de se chamar o que erroneamente nomeia como Pontes de Hidrogênio) que suas contrapartes naturais.

A estúpida diferença de tamanho, muito provavelmente, afetará a atuação das DNA polimerases, entretanto, cada organismo produz uma série de polimerases especializadas; o normal hidrogênio colagem destas bases alargadas pode permitir alguns destes a trabalhar de forma eficiente. Alguns destes evoluíram para funcionar ao redor de DNA avariado, o que permite que novos candidatos operem como nucleotídios maiores que o normal.

Para determinar se alguma das polimerases numa célula viva funcionaria em um DNA completamente antinatural, os autores colocaram vertentes artificiais de DNA num genoma viral e inseriu-a em células de E. coli. Eles então mediram a eficiência e precisão da replicação do DNA, tanto no caso de células sadias quanto em outras que sofreram danos através de emissões de Ultra-violeta. Os pesquisadores hipotetizaram que o dano pelo UV poderia ativar polimerases mais especializadas, que poderiam lidar com uma maior variação na estrutura do DNA, tornando mais fácil para a replicação do DNA não-natural.

Em termos de eficiência replicação, foi vantajosa a exposição de UV para a replicação do DNA não-natural. A replicação de xAdenina e xTimina eram tão eficientes quanto as adenina e timina naturais, e que é uma melhoria de 20 a 27 por cento de sua replicação em células intactas. A eficiência de xCitosina foi de 53% e xGuanina foi de 45 por cento. Embora estes valores sejam baixos, eles são significativamente melhores do que aquilo que foi obtido em células intactas, onde os ganhos de eficiência foram xCitosina e 29% para 11% para xGuanina.

Quanto à precisão na replicação precisão, a xAdenina teve o melhor desempenho com uma taxa de 99%. A segunda melhor foi a xCitosina com 88% de precisão. Embora a precisão na replicação replicação tenham tido eficiências desiguais foram desiguais para os quatro nucleotídios não-naturais, os autores mostraram que o sucesso é possível para a DNA polimerase processar a informação genética armazenada no DNA artificial. Isso abre o caminho para novas técnicas para melhorar a replicação, o que daria aos cientistas um melhor controle de sistemas biológicos.

Fonte: Ars Technica