A amplificação de DNA - uma técnica de "fotocópia" molecular em que o material genético é replicado - tem muitas aplicações na pesquisa científica, Ciência forense, e laboratórios médicos. É útil para detectar e identificar certas formas de câncer e doenças virais, e promete tratar essas doenças no futuro.

O processo de amplificação de DNA atualmente requer ciclos térmicos em uma ampla gama de altas temperaturas, variando de 48 ° C a 95 ° C (118 ° F a 203 ° F). Como resultado, a qualidade das amostras biológicas que estão sendo processadas é freqüentemente comprometida. Uma equipe de cientistas japoneses desenvolveu agora um método para amplificar o DNA à temperatura corporal dentro de células artificiais que se assemelham às dos humanos.

Suas descobertas foram publicadas em 9 de julho, 2019 em Comunicação Química .

A amplificação de DNA é amplamente utilizada na pesquisa de biologia molecular para sequenciamento de DNA para determinar a estrutura exata dos nucleotídeos que compõem o material genético de um organismo, bem como para clonagem de DNA e estudos relacionados à expressão gênica. Também é usado para analisar DNA coletado de amostras antigas. As aplicações forenses incluem impressão digital genética, uma técnica que costuma ser usada para incriminar ou justificar suspeitos em uma investigação criminal, para identificar o corpo de uma pessoa falecida, ou para testes de pais / paternidade para confirmar os pais biológicos de uma criança. As aplicações médicas da replicação do DNA incluem a detecção e identificação de vários tipos de câncer, bem como doenças infecciosas, incluindo o Vírus da Imunodeficiência Humana (HIV) - que pode ser notoriamente difícil de detectar.

Atualmente, a técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) é comumente usada para amplificar um segmento de DNA. Durante o processo de PCR, a amostra de DNA é aquecida repetidamente para que se separe em duas fitas simples de DNA. Com a ajuda de um iniciador de enzima, cada nova molécula agora consiste em uma velha fita de DNA junto com uma nova fita de DNA para formar a dupla hélice.

Embora a amplificação do DNA tenha sido alcançada em células artificiais com o método de PCR, os ciclos repetitivos em uma alta faixa de temperaturas costumam danificar as moléculas delicadas que compõem a amostra genética. Amplificação isotérmica, que permite a amplificação rápida de moléculas de DNA específicas a uma temperatura mais baixa que permanece constante, poderia resolver este problema. Em vez de PCR em solução, este método utiliza uma ferramenta molecular encapsulada projetada para repetir a cópia e liberação de um DNA de fita simples com uma sequência de DNA sintético que espelha a fita original - um processo conhecido como amplificação de circuito de DNA.

"Em nosso estudo, células artificiais que amplificam DNA mais de 5000 vezes em resposta a estímulos externos à temperatura corporal foram criadas, "disse Shinichiro Nomura, professor associado da Escola de Pós-Graduação em Engenharia, Universidade Tohoku no Japão, e coautor do estudo.

Porque isso funciona na temperatura corporal, "no futuro, permitirá aos cientistas desenvolver células artificiais e robôs moleculares que serão capazes de diagnosticar células cancerosas e cuidar das células, detectando quantidades mínimas de moléculas de sinal in situ dentro do corpo, "disse Nomura.

Além disso, o momento em que a amplificação ocorre pode ser artificialmente acionado e regulado usando luz, um processo conhecido como fotoestimulação. A amplificação de DNA foto-disparada é empolgante, pois permitiria aos cientistas produzir e montar nanoestruturas moleculares dentro de células artificiais com uma precisão bem ajustada sobre onde e quando elas são ativadas dentro da célula. Essas nanoestruturas moleculares artificiais poderiam agir essencialmente como robôs moleculares capazes de detectar e combater doenças dentro da célula.

De acordo com Nomura, as próximas etapas incluem o desenvolvimento de sistemas de controle em células artificiais usando os DNAs amplificados, e, finalmente, a detecção de moléculas de sinal que são produzidas nas células cancerosas.

Em organismos vivos, moléculas de sinal desempenham um papel importante nos processos de comunicação celular que governam e coordenam as atividades e ações celulares, incluindo o desenvolvimento celular, reparação de tecidos e respostas imunológicas às doenças. Quaisquer erros durante os processos de sinalização celular podem resultar em doenças como diabetes, Câncer, e doenças autoimunes. Ao compreender a sinalização celular e ser capaz de detectar moléculas de sinal e reconhecer erros nesses sinais de comunicação, os médicos podem ser capazes de identificar e tratar doenças de forma mais eficaz.