Além de ser necessário para algumas das principais técnicas de biologia molecular, As enzimas da transcriptase reversa (RT) têm desempenhado um papel fundamental na genética sintética, permitindo a síntese, replicação, e evolução de ácidos xeno-nucléicos (XNAs). Contudo, para a maioria dos químicos XNA, nenhuma enzima RT está disponível ou as enzimas existentes têm baixa atividade. O grupo de Philipp Holliger, na Divisão PNAC do LMB, desenvolveram um novo método de evolução direcionada para melhorar a atividade de RT para qualquer química de ácido nucleico e descobriram um novo grupo de enzimas RT ideais.

XNAs são polímeros genéticos como DNA ou RNA, mas com anéis de açúcar alterados, bases, ou backbones. Apesar dessas químicas diferentes, eles ainda são capazes de armazenar e transmitir informações genéticas e podem realizar funções enzimáticas muito semelhantes às enzimas de RNA, também conhecido como ribozimas. Eles também podem funcionar como aptâmeros e se ligar a proteínas com alta especificidade e afinidade, assim como os anticorpos fazem. Essas funções e as propriedades variadas resultantes de suas diferentes químicas significam que os XNAs podem ter uma ampla gama de aplicações em biotecnologia e medicina. Contudo, a geração de aptâmeros XNA e XNAzymes foi limitada pela falta de enzimas RT de alta fidelidade.

O que é a transcrição reversa?

A primeira etapa do chamado dogma central da biologia molecular é a transcrição do DNA para a produção do RNA. O RNA também pode ser transcrito reversamente para produzir DNA e as enzimas RT sintéticas permitem o acesso aos XNAs.

Ao permitir que os cientistas convertam RNA em DNA, As enzimas RT permitem aos cientistas estudar mais facilmente quais genes estão sendo transcritos dentro das células, e, portanto, quais genes estão "ligados, "por meio de técnicas básicas como RT-PCR e RNAseq. Juntamente com as aplicações em pesquisa, esta capacidade também é usada para exames médicos, como para testar a presença de RNA viral, incluindo em testes COVID-19.

Para resolver a falta de enzimas RT de alta fidelidade, Gillian Houlihan e outros do grupo de Philipp desenvolveram uma nova técnica de evolução direcionada que levou à descoberta de um novo grupo de enzimas RT ideais que podem decodificar informações genéticas com mais precisão e eficiência. Mais importante, este novo método é compatível com qualquer química de ácido nucléico e sua descoberta inclui novas enzimas RT para químicas XNA para as quais nenhuma enzima RT existia anteriormente. Entre as novas enzimas de RT estão as primeiras enzimas capazes de fazer uma revisão ativa durante a transcrição reversa de XNA, melhorando a precisão.

As enzimas RT de RNA de alta fidelidade terão aplicações imediatas em pesquisa e biotecnologia, pois fornecerão maior precisão de sequenciamento ao analisar RNAs celulares ou virais. A atividade de RT de XNA melhorada provavelmente ajudará no desenvolvimento de novos aptâmeros de XNA que podem ser úteis em diagnósticos e terapêuticas para uma ampla gama de doenças. Como um exemplo específico, este trabalho inclui a primeira enzima RT para a química XNA usada na droga oligo anti-sentido nusinersen que tem aprovação da FDA e EMA para o tratamento de atrofia muscular espinhal. A descoberta desta enzima RT abre a possibilidade de quantificar o nível e a meia-vida desta droga dentro dos pacientes, que poderia ajudar no tratamento.