Técnica para analisar DNA cria pinturas realísticas com milhões de cores
Avanços nas técnicas de análise do DNA, que podem ajudar na detecção de câncer e outras doenças, permitem "pintar" realisticamente com sequências genéticas
Já é prática comum dos cientistas pintar o DNA com substâncias fluorescentes para identificar estruturas de dupla hélice únicas, técnica bastante útil no laboratório. No início, a paleta era limitada a 256 cores, mas, com o avanço da tecnologia, podem ser atingidos 16 milhões de tons e sombras, permitindo a criação de imagens com profundidade de cor de 24 bits. Com isso, especialistas conseguem recriar obras de arte digitais praticamente indistinguíveis das originais.
Longe de existir só pelo valor visual e artístico, a técnica usa tecnologia de microarranjos para estudar a expressão genética e a capacidade de guardar dados no DNA. Usar obras de arte é uma das maneiras de mostrar a precisão e potencial do método, que já ajudou, por exemplo, a descobrir microorganismos que se alimentam de vírus.
Atualmente, converter dados em sequências de DNA guardadas em um chip, por exemplo, é como inserir informações em um código de barras. A nova técnica permite guardar ainda mais dados nas sequências genéticas — a pintura em escala micrométrica funciona a nível de biopolímeros, e pode levar à criação de biossensores e diagnósticos mais precisos de algumas doenças.
Tela de pintura do DNA
O DNA é, resumidamente, um código com sequências feitas de quatro bases químicas: adenina, guanina, citosina e timina. Cada uma delas corresponde a um parceiro, que, juntos, formam a famosa dupla hélice, em um formato complementar. Com uma dessas sequências da dupla em mãos, cientistas ficam munidos de uma ferramenta para encontrar o parceiro em meio a "bagunças" de DNA.
Técnicas chamadas microarranjos de DNA se baseiam em posicionar sequências genéticas "grudadas" em grade em uma superfície sólida, usando materiais fluorescentes para mostrar os locais onde o DNA complementar, que formará a dupla hélice, se gruda com o par correspondente. O processo de ligação entre os pares é chamado de hibridização, que também é usada em organismos vivos para ler e copiar as informações genéticas necessárias para o funcionamento das células.
E o uso disso para fazer pinturas também nos dá uma ideia de como funcionam as telas coloridas dos aparelhos eletrônicos. Cada pixel das nossas telas é feito de canais de cores primárias, ou seja, vermelho, verde e azul. A intensidade da cor de cada canal pode ser aumentada ou diminuída, gerando as cores que vemos.
Quando as bases de uma dupla hélice não encaixam, há um pouco de instabilidade na hibridização, o que muda a estrutura molecular do DNA. Os pesquisadores, então, programaram a instabilidade nas hélices para mudar o brilho da substância fluorescente utilizada. Usando "tintas" diferentes para cada cor e retirando algumas bases, a hibridização no padrão do DNA pode gerar padrões muito fáceis de ver.
Tintas específicas (Cy3, Cy5 e fluoresceína) nos fragmentos de DNA chamados sondas criam 256 tons luminosos em cada um dos canais azuis, verdes e vermelhos, gerando um sinal fluorescente gradativo que varia entre nada de cor e totalmente colorido. Vira, segundo os cientistas, uma tela de pintura. Para demonstrar a efetividade, a equipe separou imagens digitais em três camadas de 8 bits em cada cor primária e estipulou uma sequência de DNA para cada pixel e seu tom específico.
Em um microarranjo do tamanho de uma unha, o método — cujo nome oficial é "síntese de arranjo sem máscara combinado com fotolitografia" — sintetiza centenas de milhares de sequências de DNA de uma só vez. Tudo isso funciona em conjunto com um dispositivo contendo outras centenas de milhares de espelhos que correspondem a cada pixel a imagem, encaixando mais de 786.000 sequências genéticas no microarranjo.
Há uma sequência para cada pixel de 14 x 14 micrômetros na camada RGB, com a intensidade de cor codificada no próprio segmento de DNA. Escaneando os pequenos arranjos e juntando as três camadas e cor, é gerada a imagem, com 16 milhões de cores e uma resolução de 1024 x 768 pixels. Há planos de fazer trabalhos em Full HD (1920 x 1080) e 4K (3840 x 2160) no futuro.
Com a técnica, sinais fluorescentes de alta resolução permitirão medir com mais precisão os processos internos do corpo ao estudar o DNA, melhorando o conhecimento científico da biologia celular. Com isso, há a perspectiva, por exemplo, de detectar doenças como o câncer mais facilmente. Para isso, é preciso aprofundar nas pesquisas e na pintura digital genética.
Fonte: Journal of the American Chemical Society
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