Biotecnologia

Nova técnica permitirá sequenciamento genético de praticamente todas as bactérias existentes

Novo algoritmo torna possível mapear genoma de bactérias que não podem ser cultivadas em laboratório

Bactérias: 99,9% das que existem não podiam ter o DNA sequenciado pelos cientistas

Bactérias: 99,9% das que existem não podiam ter o DNA sequenciado pelos cientistas (Hemera/VEJA)

Pesquisadores desenvolveram um novo método para sequenciar e analisar o genoma de até 99,9% das espécies de bactérias. São organismos que não podem ser criados em laboratório em quantidades suficientes para serem sequenciados geneticamente pelas técnicas disponíveis. Entre eles estão desde micro-organismos que produzem antibióticos e biocombustíveis a micróbios que vivem no corpo humano.

No método tradicional, os especialistas precisam de pelo menos um bilhão de células idênticas criadas em cultura no laboratório para poder sequenciar o DNA de um organismo. Agora, cientistas da Universidade de San Diego, do Instituto J. Craig Venter e da empresa Illumina, desenvolveram um algoritmo que potencializa uma técnica já existente para sequenciar o genoma a partir de uma única célula bacteriana, quase com a mesma precisão dos métodos tradicionais. O trabalho foi publicado no periódico Nature Biotechnology.

Os cientistas desenvolveram um algoritmo que melhora muito o rendimento do programa de computador usado para sequenciar DNA produzido a partir de uma única célula bacteriana. Tradicionalmente, esses programas resgatam 70% dos genes. "O novo algoritmo captura 90% do material genético de uma única célula", disse o cientista da computação Pavel Pevzner, da Universidade de San Diego, especialista em programas de sequenciamento genético. Não é 100%, mas é quase tão bom quanto às tecnologias atuais, afirma o pesquisador. "Hoje, os biólogos conseguem capturar 95% dos genes, mas eles precisam cultivar um bilhão de células para isso", disse Glenn Tesler, matemático e parceiro de Pevzner na pesquisa.

Saiba mais

GENOMA
É toda a informação hereditária de um organismo codificada em seu DNA. Inclui os genes e outras informações genéticas. O termo foi cunhado em 1920 pelo professor Hans Winkler da Universidade de Hamburgo, Alemanha. Em grego, a palavra genoma (gínomai) significa "tornar-se", "nascer", "passar a existir".

DNA
O ácido desoxirribonucleico é uma estrutura do núcleo celular que contém as instruções genéticas usadas no desenvolvimento e funcionamento de todas as criaturas vivas conhecidas. Os segmentos de DNA que carregam essa informação genética são chamados genes. É uma das macromoléculas essenciais para todas as formas de vida.

Escherichia coli
Bactéria que faz parte da flora intestinal e está presente em fezes humanas. A doença causada pela bactéria é devida à contaminação de outros órgãos do corpo com o organismo ou de cepas radicalmente diferentes que o corpo não reconhece. A presença da E. coli na água ou alimentos indica contaminação com fezes humanas e a quantidade da bactéria em água é uma das principais medidas usadas no controle da higiene da água potável, alimentos e piscinas.


Dificuldades —  As bactérias têm um papel vital na saúde humana. Elas representam 10% do peso do corpo e podem ser encontradas em todas as partes, do estômago à boca. Algumas, como a E. coli, podem causar problemas graves. Outras nos ajudam a fazer a digestão. Estudos recentes descobriram que algumas delas podem até mudar o nosso comportamento, por exemplo, diminuindo o stress. Para entender o comportamento das bactérias, os cientistas precisam analisar o genoma delas.

Os equipamentos modernos de sequenciamento genético precisam de muitas células bacterianas para produzir um genoma completo, que normalmente cultivam em laboratório. Foi assim que conseguiram material suficiente para sequenciar a E. coli. Contudo, a maioria das bactérias — 99,9% de acordo com algumas estimativas — não pode ser cultivada em laboratórios porque elas vivem em condições específicas e em ambientes que são difíceis de reproduzir, como a pele de um animal ou o convívio único com outras bactérias.

Máquina xerox — É neste ponto que entra a tecnologia de Amplificação de Deslocamento Múltiplo (MDA, na sigla em inglês), criada há 10 anos pelo cientista Roger Lasken, hoje funcionário do Instituto Venter e coautor do estudo. A MDA pode ser usada em bactérias que não são cultiváveis em laboratório e é equivalente a uma máquina de xerox que, a partir de uma única célula, tira cópias dos fragmentos do genoma até produzir o material genético equivalente ao de um bilhão de células. Em 2005, Lasken e colegas usaram o MDA para sequenciar o DNA produzido a partir de uma única célula pela primeira vez, utilizando financiamento do governo americano.

Contudo, enquanto a MDA é uma máquina de cópia celular engenhosa, a técnica não facilita a vida dos programas de computador. As cópias possuem vários erros e não são amplificadas uniformemente: algumas peças do genoma são copiadas milhares de vezes enquanto outras são repetidas uma ou duas vezes. Os algoritmos de sequenciamento atuais não são equipados para lidar com essas disparidades. Na verdade, eles tendem a descartar como erros os pedaços de genoma que foram replicados apenas algumas vezes, mesmo que eles sejam vitais para sequenciar o DNA inteiro. O algoritmo desenvolvido pela equipe de Pevzner resolve esse problema. Ele retém esses pedacinhos de genoma que antes seriam descartados e os utiliza para melhorar o sequenciamento.

Resultados - Os cientistas sequenciaram uma única célula de E. coli com esse método para verificar a precisão do novo algoritmo. Foi possível recuperar 91% dos genes, quase a mesma quantidade das técnicas convencionais. Os dados são suficientes para responder questões biológicas importantes, como que tipos de antibióticos a espécie de bactéria é capaz de produzir. Além disso, pela primeira vez, o método permite investigar quais são os meios de comunicação que as bactérias dos seres humanos usam para se comunicar entre si e com o hospedeiro.

Depois disso, os cientistas se concentraram em uma espécie de bactéria marinha que nunca foi sequenciada antes. Além do genoma sequenciado, os especialistas conseguiram informações sobre como ela vive e se movimenta. O genoma foi o primeiro obtido com a técnica MDA a ser registrado no GenBank, o banco de dados genético do Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos. Com a ajuda do novo algoritmo, milhares de outros genomas poderão ser incluídos. O próximo passo da equipe será desenvolver uma segunda versão do algoritmo e melhorar a técnica do MDA. 

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