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Por que e como a síntese de DNA é tão mais rápida do que a síntese de RNA em bactérias?

Por que e como a síntese de DNA é tão mais rápida do que a síntese de RNA em bactérias?


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DNA síntese em E. coli é 20x mais rápido que RNA síntese em 1000nt / s vs 50nt / s. (Mirkin'05)

Acho isso desconcertante, já que a polimerização de DNA tem melhor revisão do que a variedade de RNA, que requer tempo extra, pois você precisa voltar atrás, extirpar e substituir. Além disso, nas bactérias há quase sem emenda, de modo que isso não o atrapalhe. E o 1000nt / s é uma bifurcação de replicação única. Não estamos falando sobre vários replissomos juntos clock de 1knt por segundo.

Existe uma explicação para isso ou, na falta de evidências, hipóteses?


Eu não as chamaria de hipóteses, mas a questão é intrigante e, como parece ser ignorada na literatura, farei algumas sugestões.

  1. Possivelmente tem algo a ver com o reconhecimento de sinais de terminação em relação à pressão seletiva para velocidade nos dois processos.

Possivelmente se o alongamento da cadeia de RNA fosse mais rápido, ela não seria capaz de responder aos sinais de terminação independente de rho, que se pensava serem laços de haste específicos no DNA que fazem com que a RNA polimerase pause e caia do DNA. Em vez disso, a aceleração da RNA polimerase pode interromper os loops. O sistema de terminação para replicação de DNA poderia evoluíram para ser muito mais robustos, de modo a poder interromper o alongamento mais rápido. (Nota: minha sugestão de diferente 'robustez' na terminação não é baseada em nenhum dado, é pura especulação.)

Se isso fosse verdade, seria questionável por que a transcrição não desenvolveu um sistema de terminação mais eficiente em conjunto com a evolução de uma polimerase de RNA mais inteligente. Talvez a resposta aqui seja que não há pressão seletiva para uma transcrição mais rápida - a taxa é claramente suficiente para suprir as necessidades da célula - enquanto a taxa de replicação do DNA determina o tempo entre as divisões celulares e, portanto, a taxa de crescimento, que está sujeita à pressão seletiva.

  1. Possivelmente tem algo a ver com a frequência de erro em relação à pressão seletiva para velocidade nos dois processos.

Em primeiro lugar, deixarei claro que acho que o argumento da revisão da questão é um pouco falsos. Se a taxa de replicação for 20x mais rápida que a transcrição, o retrocesso ocasional não terá muito efeito na diferença geral. No entanto, os erros e a revisão podem estar envolvidos em uma explicação diferente.

A transcrição de RNA não tem leitura de revisão. O comprimento dos transcritos de RNA é tal que a célula pode tolerar os erros que ocorrem. No entanto, se a velocidade de transcrição for aumentada, é razoável esperar um aumento na frequência de erro, o que pode ser prejudicial. A taxa atual de transcrição pode ser uma compensação entre eficiência e precisão. É claro que se pode imaginar um sistema de revisão de revisão para a evolução da transcrição, se fosse necessário, mas, como discutido acima, se a taxa de transcrição for adequada, pareceria não haver pressão seletiva para produzir.


Isso se deve ao fato de que a DNA polimerase faz o processo rápido de 1000 nu / s em comparação com a RNA polimerase que 1000-2000nu / min, porque esse processo é feito sem discriminação e também o DNA pol tem atividade de exonuclease


Por que e como a síntese de DNA é tão mais rápida do que a síntese de RNA em bactérias? - Biologia

Ácidos nucleicos são as macromoléculas mais importantes para a continuidade da vida. Eles carregam a planta genética de uma célula e carregam instruções para o funcionamento da célula.

Os dois principais tipos de ácidos nucléicos são ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). O DNA é o material genético encontrado em todos os organismos vivos, desde bactérias unicelulares até mamíferos multicelulares. É encontrada no núcleo dos eucariotos e nas organelas, cloroplastos e mitocôndrias. Em procariotos, o DNA não está contido em um envelope membranoso.

Todo o conteúdo genético de uma célula é conhecido como seu genoma, e o estudo dos genomas é a genômica. Em células eucarióticas, mas não em procariotas, o DNA forma um complexo com proteínas histonas para formar a cromatina, a substância dos cromossomos eucarióticos. Um cromossomo pode conter dezenas de milhares de genes. Muitos genes contêm a informação para fazer produtos proteicos que outros genes codifiquem para produtos de RNA. O DNA controla todas as atividades celulares, desligando os genes & # 8220 on & # 8221 ou & # 8220 off. & # 8221

O outro tipo de ácido nucléico, o RNA, está mais envolvido na síntese de proteínas. As moléculas de DNA nunca deixam o núcleo, mas usam um intermediário para se comunicar com o resto da célula. Este intermediário é o RNA mensageiro (mRNA). Outros tipos de RNA - como rRNA, tRNA e microRNA - estão envolvidos na síntese de proteínas e sua regulação.

O DNA e o RNA são constituídos por monômeros conhecidos como nucleotídeos. Os nucleotídeos se combinam para formar um polinucleotídeo, DNA ou RNA. Cada nucleotídeo é feito de três componentes: uma base nitrogenada, um açúcar pentose (cinco carbonos) e um grupo fosfato (Figura 1). Cada base nitrogenada em um nucleotídeo está ligada a uma molécula de açúcar, que está ligada a um ou mais grupos fosfato.

Figura 1. Um nucleotídeo é feito de três componentes: uma base nitrogenada, um açúcar pentose e um ou mais grupos fosfato. Os resíduos de carbono na pentose são numerados de 1 ′ a 5 ′ (o primo distingue esses resíduos daqueles na base, que são numerados sem usar uma notação de primo). A base é fixada na posição 1 'da ribose e o fosfato é fixado na posição 5'. Quando um polinucleotídeo é formado, o fosfato 5 'do nucleotídeo de entrada se liga ao grupo hidroxila 3' no final da cadeia crescente. Dois tipos de pentose são encontrados nos nucleotídeos, desoxirribose (encontrada no DNA) e ribose (encontrada no RNA). A desoxirribose é semelhante em estrutura à ribose, mas possui um H em vez de um OH na posição 2 '. As bases podem ser divididas em duas categorias: purinas e pirimidinas. As purinas têm uma estrutura de anel duplo e as pirimidinas têm um único anel.

As bases nitrogenadas, componentes importantes dos nucleotídeos, são moléculas orgânicas e têm esse nome porque contêm carbono e nitrogênio. São bases porque contêm um grupo amino que tem o potencial de se ligar a um hidrogênio extra e, assim, diminuir a concentração de íons hidrogênio em seu ambiente, tornando-o mais básico. Cada nucleotídeo no DNA contém uma das quatro bases nitrogenadas possíveis: adenina (A), guanina (G) citosina (C) e timina (T). Os nucleotídeos do RNA também contêm uma das quatro bases possíveis: adenina, guanina, citosina e uracila (U) em vez de timina.

Adenina e guanina são classificadas como purinas. A estrutura primária de uma purina é composta por dois anéis de carbono-nitrogênio. Citosina, timina e uracila são classificados como pirimidinas que têm um único anel de carbono-nitrogênio como estrutura primária (Figura 1). Cada um desses anéis básicos de carbono-nitrogênio possui diferentes grupos funcionais ligados a ele. Em abreviatura de biologia molecular, as bases nitrogenadas são simplesmente conhecidas por seus símbolos A, T, G, C e U. O DNA contém A, T, G e C, enquanto o RNA contém A, U, G e C.

O açúcar pentose no DNA é a desoxirribose, e no RNA, o açúcar é a ribose (Figura 1). A diferença entre os açúcares é a presença do grupo hidroxila no segundo carbono da ribose e do hidrogênio no segundo carbono da desoxirribose. Os átomos de carbono da molécula de açúcar são numerados como 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′ e 5 ′ (1 ′ é lido como & # 8220one primo & # 8221). O resíduo de fosfato está ligado ao grupo hidroxila do carbono 5 ′ de um açúcar e ao grupo hidroxila do carbono 3 ′ do açúcar do próximo nucleotídeo, que forma um 5′ – 3 ′ fosfodiester ligação. A ligação fosfodiéster não é formada por uma simples reação de desidratação como as outras ligações que conectam monômeros em macromoléculas: sua formação envolve a remoção de dois grupos fosfato. Um polinucleotídeo pode ter milhares de tais ligações fosfodiéster.

Estrutura de dupla hélice de DNA

Figura 2. O DNA é uma dupla hélice antiparalela. A espinha dorsal do fosfato (as linhas curvas) está do lado de fora e as bases, do lado de dentro. Cada base interage com uma base da vertente oposta. (crédito: Jerome Walker / Dennis Myts)

O DNA tem uma estrutura de dupla hélice (Figura 2). O açúcar e o fosfato ficam do lado de fora da hélice, formando a espinha dorsal do DNA. As bases nitrogenadas são empilhadas no interior, como os degraus de uma escada, em pares os pares são ligados entre si por ligações de hidrogênio. Cada par de bases na dupla hélice é separado do próximo par de bases por 0,34 nm.

As duas fitas da hélice correm em direções opostas, o que significa que a extremidade de carbono 5 ′ de uma fita ficará de frente para a extremidade de carbono 3 ′ de sua fita correspondente. (Isso é conhecido como orientação antiparalela e é importante para a replicação do DNA e em muitas interações de ácido nucleico.)

Apenas certos tipos de emparelhamento de bases são permitidos. Por exemplo, uma certa purina só pode emparelhar com uma certa pirimidina. Isso significa que A pode emparelhar com T e G pode emparelhar com C, conforme mostrado na Figura 3. Isso é conhecido como regra complementar de base. Em outras palavras, as fitas de DNA são complementares entre si. Se a sequência de uma fita for AATTGGCC, a fita complementar terá a sequência TTAACCGG. Durante a replicação do DNA, cada fita é copiada, resultando em uma dupla hélice de DNA filha contendo uma fita de DNA parental e uma fita recém-sintetizada.

Pergunta Prática

Figura 3. Em uma molécula de DNA de fita dupla, as duas fitas funcionam antiparalelas uma à outra, de modo que uma fita se estende de 5 ′ a 3 ′ e a outra de 3 ′ a 5 ′. A espinha dorsal do fosfato está localizada na parte externa e as bases no meio. A adenina forma ligações de hidrogênio (ou pares de bases) com a timina e os pares de bases da guanina com a citosina.

Ocorre uma mutação e a citosina é substituída por adenina. Que impacto você acha que isso terá na estrutura do DNA?

O ácido ribonucléico, ou RNA, está principalmente envolvido no processo de síntese de proteínas sob a direção do DNA. O RNA é geralmente de fita simples e é feito de ribonucleotídeos que estão ligados por ligações fosfodiéster. Um ribonucleotídeo na cadeia de RNA contém ribose (o açúcar pentose), uma das quatro bases nitrogenadas (A, U, G e C) e o grupo fosfato.

Existem quatro tipos principais de RNA: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossomal (rRNA), RNA de transferência (tRNA) e microRNA (miRNA). O primeiro, mRNA, carrega a mensagem do DNA, que controla todas as atividades celulares em uma célula. Se uma célula requer que uma certa proteína seja sintetizada, o gene para este produto é ligado & # 8220on & # 8221 e o RNA mensageiro é sintetizado no núcleo. A sequência de bases do RNA é complementar à sequência de codificação do DNA do qual foi copiada. No entanto, no RNA, a base T está ausente e U está presente em seu lugar. Se a fita de DNA tem uma sequência AATTGCGC, a sequência do RNA complementar é UUAACGCG. No citoplasma, o mRNA interage com os ribossomos e outras máquinas celulares (Figura 4).

Figura 4. Um ribossomo tem duas partes: uma subunidade grande e uma subunidade pequena. O mRNA fica entre as duas subunidades. Uma molécula de tRNA reconhece um códon no mRNA, liga-se a ele por emparelhamento de bases complementares e adiciona o aminoácido correto à crescente cadeia de peptídeo.

O mRNA é lido em conjuntos de três bases conhecidas como códons. Cada códon codifica um único aminoácido. Desta forma, o mRNA é lido e o produto proteico é feito. O RNA ribossômico (rRNA) é um dos principais constituintes dos ribossomos aos quais o mRNA se liga. O rRNA garante o alinhamento adequado do mRNA e dos ribossomos o rRNA do ribossomo também possui atividade enzimática (peptidil transferase) e catalisa a formação de ligações peptídicas entre dois aminoácidos alinhados. O RNA de transferência (tRNA) é um dos menores dos quatro tipos de RNA, geralmente com 70-90 nucleotídeos de comprimento. Ele carrega o aminoácido correto para o local da síntese protéica. É o emparelhamento de bases entre o tRNA e o mRNA que permite que o aminoácido correto seja inserido na cadeia polipeptídica. Os microRNAs são as menores moléculas de RNA e seu papel envolve a regulação da expressão gênica, interferindo na expressão de certas mensagens de mRNA.


O que é terapia Rna

São baseados em uma nova tecnologia de mRNA de RNA mensageiro encapsulado em lipídios. Uma vacina de DNA ou RNA tem o mesmo objetivo que as vacinas tradicionais, mas funcionam de maneira um pouco diferente.

Terapias com pequenos Rna para fibrose cística Fibrose cística Artigos científicos secundários

O RNA e o DNA são às vezes usados ​​como remédios.

O que é terapia de rna. Ao corrigir o erro, o RNA pode ser usado para criar a proteína de que a célula precisa, eliminando a causa subjacente da doença. E se for apenas um tratamento que na verdade não previne a infecção nem a transmissão, não é melhor do que qualquer um dos outros tratamentos que circulam por aí, como IvermectionZincVit DHCQVit C HBOTozona etc. O que ele faz é esta terapia genética ou dispositivo médico que cria uma doença autoimune cronicamente.

Em outras palavras, é um tratamento genético que nunca foi usado em humanos antes. As terapias de RNA que têm como alvo proteínas usam um tipo de molécula conhecida como aptâmero de RNA. As pessoas tomam RNA e DNA para doenças como problemas estomacais e intestinais de desempenho atlético, problemas do sistema imunológico, envelhecimento e.

Sua anafilaxia na primeira onda. Ao contrário da terapia genética, que fornece novo DNA às células, a terapia de RNA modifica ou fornece RNA do ácido ribonucléico às células dos pacientes. Uma vacina baseada em RNA, portanto, atua como um código para instruir o corpo a fazer muitas cópias da proteína do vírus e dos próprios anticorpos resultantes, resultando em uma resposta imunológica.

A avaliação da eficácia das vacinas está fora do escopo deste relatório. O objetivo deste Aviso de Evidência é identificar e resumir evidências de alto nível sobre a segurança das vacinas de mRNA. Essas tecnologias tornariam a terapia genética muito menos difícil. Freqüentemente, os antivaxxers combinam o RNA com o DNA e vice-versa, sem perceber que, embora ambas as moléculas contenham informações genéticas necessárias para que uma célula produza a proteína, ainda assim são muito.

Em vez de injetar uma forma enfraquecida de um vírus ou bactéria no corpo, as vacinas de DNA e RNA usam parte dos próprios genes do vírus para estimular uma resposta imunológica. Ao contrário das vacinas mais tradicionais, as vacinas baseadas em RNA também são benéficas. Como funciona a terapia de RNA Por que focar nas terapias de RNA.

A molécula é projetada para se ligar a um local específico em uma proteína específica para modular sua função. A terapêutica de interferência de RNA é baseada em um processo natural pelo qual sequências de RNA podem bloquear a expressão de DNA em proteína. Um artigo intitulado m6A RNA modificação como um novo jogador na regulação do R-loop pelo grupo de pesquisa Dynamic Gene Regulation liderado por Arne Klungland no IMB foi publicado em.

Apesar da enorme popularidade das tecnologias de edição de genes, como o CRISPR, novos avanços na terapia de RNA estão prontos para resolver algumas de suas sérias limitações. Está se tornando cada vez mais claro que perfis de RNA únicos em cânceres individuais podem desempenhar um papel importante na definição tanto da biologia do câncer quanto de sua resposta à terapia, diz Maurie Markman MD, presidente de Ciência da Medicina dos Centros de Tratamento do Câncer da América CTCA. Vacinas de MRNA usadas para fins terapêuticos, como as usadas no câncer.

Uma terapia de RNA é projetada para corrigir o erro ou mutação no RNA de alguém com uma doença genética. Observe a falsa equivalência. Sua reação alérgica anafilaxia a 2ª onda.

Um sistema de entrega de genes baseado em peptídeo que se auto-monta pode, um dia, corrigir as mutações do DNA mitocondrial que estão sob terapia gênica. DNA mitocondrial mitocondrial

A terapia gênica com células-tronco pode ser a chave para a biotecnologia do genoma da terapia gênica Dmd

Figura 3 Terapia gênica de imunodeficiências combinadas graves Terapia gênica Imunologia Síntese de proteínas

A polimerase de Rna lê as informações genéticas do filamento de DNA e as traduz no mensageiro Rna Mo Atividade biológica da polimerase de Rna Aconselhamento genético

Telomerase Rna Telômeros Antienvelhecimento Entendimento

Fixar na Histoire Femme Hors Quebec

Comparação de estratégias de silenciamento de genes Expressão gênica Informação genética Terapia gênica

Fixar em gráficos de mídia social

Rna e síntese de proteínas Síntese de proteínas Atividades de DNA Síntese de DNA

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Terapia de Rna esférica mostra promessa contra a psoríase no primeiro ensaio em humanos

Alfinete Ilustrado sobre Saúde e Medicina


Biologia MCAT

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Descrição

Esteja você estudando há meses ou apenas começando a pensar sobre o MCAT, você notará uma coisa: o novo teste contém MUITA biologia! Na verdade, bio é a única disciplina científica que aparece em todas as três seções de ciências do MCAT.

Das diferenças entre a aldosterona e o ADH às questões representativas de Hardy-Weinberg e ao desenvolvimento embrionário, este assunto fornecerá a você o conhecimento do conteúdo necessário para uma pontuação máxima - mais rápido do que qualquer outro método de estudo por aí.

Capturas de tela

Lições nesta aula

O MCAT não só requer um conhecimento básico da função respiratória, mas também o relaciona constantemente a outros sistemas por meio de conceitos como o tampão de bicarbonato, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e o papel imunológico do trato respiratório. Use esses cartões para dominar o sistema respiratório, bem como a pele e outros tipos de tecido epitelial.

Da junção neuromuscular ao papel do cálcio na contração do músculo liso, use essas cartas para dominar os sistemas muscular e esquelético conforme aparecem no MCAT.

Da pepsina e tripsina ao papel dos lácteos, use esses cartões para dominar o sistema digestivo conforme testado na seção Fundações Biológicas e Bioquímicas do MCAT.

Sempre um favorito dos fabricantes de testes MCAT, o sistema excretor também pode ser uma grande fonte de confusão. Use esses cartões para controlar a filtração, reabsorção e secreção, bem como o envolvimento hormonal e a complexidade da alça de Henle.

Com o aumento do foco do novo MCAT na biologia, a compreensão do sistema circulatório tornou-se especialmente importante.Use esses cartões para dominar os favoritos do MCAT, como o buffer de sangue e o efeito Bohr, conforme aparecem na seção Fundamentos Biológicos e Bioquímicos.

Está tendo problemas para se lembrar da diferença entre seleção natural direcional e disruptiva? Não consigo lembrar a definição de deriva genética? Use esses cartões para dominar a evolução conforme testado na seção Fundações Biológicas e Bioquímicas do MCAT.

A síntese de DNA, RNA e proteínas é um tópico importante em biologia e bioquímica. Com esses cartões, você pode dominar o conhecimento do conteúdo necessário para atacar uma questão complicada ou entender uma passagem baseada em experimentos densos.

Com o foco biológico do novo MCAT, uma compreensão das células eucarióticas é especialmente vital. Use esses cartões para se familiarizar com os microtúbulos e microfilamentos, as fases da mitose e os vários tipos de transporte por membrana. Para uma prática aprimorada, pense em como esses conceitos se relacionam com tópicos da vida real, como câncer e envelhecimento humano.

Qual é a diferença entre conjugação, transformação e transdução? O que significa quando dizemos que procariontes são policistrônicos? Domine esses tópicos e muito mais, e ganhe a confiança de que precisa para a seção de Fundamentos Biológicos e Bioquímicos do MCAT.

Tópicos como potenciais de ação e a diferença entre a atividade simpática e parassimpática são favoritos constantes dos fabricantes de testes MCAT. Use esses cartões para dominar esses conceitos à medida que são testados na seção Fundamentos Biológicos e Bioquímicos.

O MCAT requer um conhecimento profundo dos hormônios, desde a diferença entre peptídeos e esteróides até seus efeitos em outros sistemas orgânicos. Use esses cartões para dominar órgãos endócrinos, hormônios específicos e as complexas interações envolvidas.

Anticorpos, antígenos, macrófagos, monócitos, neutrófilos ... o sistema imunológico é complicado, mas entender seus componentes é essencial para muitas questões e passagens do MCAT. Este deck cobre todos esses tópicos, bem como conceitos complexos como seleção clonal e transfusões de sangue. Use esses cartões para dominar os sistemas linfático e imunológico conforme testado no MCAT.

Qual é a diferença entre pluripotente, totipotente e multipotente? Como você pode relacionar uma espermatogônia, um espermatócito primário e uma espermátide? Use esses cartões para ver como todos esses tópicos se conectam e você pode dominar a reprodução e o desenvolvimento conforme testado no MCAT.

Sentindo-se um pouco enferrujado com a equação de Hardy-Weinberg? Tendo dificuldade em lembrar a diferença entre dominância incompleta e codominância? Use esses cartões para dominar a genética mendeliana conforme aparece na seção Fundamentos Biológicos e Bioquímicos.


A diferença funcional entre DNA vs RNA:

A principal função do DNA é armazenar e transferir informações de uma geração para outra em uma população. Para isso, o DNA se replica - torna-se duplicado e herdado de células-filhas.

Portanto, herdado de uma geração para outra.

Por outro lado, a função do RNA é formar uma proteína.

Na verdade, o RNA coleta as informações de codificação do DNA por meio da transcrição e as traduz em uma cadeia de aminoácidos. (Uma longa cadeia de aminoácido-polipeptídeo, cria a proteína).

Com base nisso, outra diferença entre os dois é que-

“O DNA é autorreplicante, enquanto o RNA é sintetizado a partir do DNA apenas quando necessário.”

Diferentes tipos de DNA:

DNA na natureza, encontrado em cinco formas diferentes - A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA e Z-DNA.

O DNA da forma B é encontrado em quase todos os organismos vivos e é mais prevalente na natureza. É um DNA destro com um sulco maior e menor. Possui 10,5 pares de bases por volta helicoidal.

O DNA da forma A também é destro, mas a hélice é mais larga do que o DNA da forma B. Possui ranhura maior e menor e 11 pares de bases por volta helicoidal.

O DNA da forma z é canhoto e não possui o sulco principal. Possui 12 pares de bases por volta helicoidal.

O DNA da forma C é varientes muito raros com 9,33 pares de bases por volta helicoidal. Mesmo, a forma D é extremamente rara.

Diferentes tipos de RNA:

mRNA: um RNA mensageiro codifica um aminoácido para a criação de uma cadeia polipeptídica.

tRNA: um RNA de transferência ajuda a transferir o aminoácido para o local de tradução daqui em diante, no citoplasma do ribossomo.

rRNA: um RNA ribossômico citoplasmático é um componente do ribossomo necessário para a síntese de proteínas.

Ilustração gráfica do processo de transcrição e tradução. O mRNA é formado a partir do DNA por meio da transcrição, enquanto uma cadeia de aminoácidos é traduzida do mRNA.

Outros RNAs menores: outros fragmentos menores de dsRNA chamados microRNA e siRNA também estão presentes em uma célula.

Várias outras diferenças:

“A condição alcalina é mais favorável para um DNA de agora em diante, o DNA é mais estável sob condição alcalina, enquanto o RNA não é”.

O DNA é composto da mansão e do sulco menor, o sulco menor não permite a ligação da enzima, por isso é muito difícil para a nuclease se ligar ao DNA e destruí-lo.

Ao contrário, o RNA é de fita simples e não possui uma estrutura de sulco menor, uma nuclease pode atacá-lo facilmente e destruí-lo.

No entanto, a quebra e a ressíntese do RNA ocorrem continuamente em uma célula, mais rápido do que o DNA.

“O DNA é menos reativo devido à estabilidade fornecida pelas ligações C-H da desoxirribose, enquanto o RNA é mais reativo devido às ligações O-H da ribose.”

“Um genoma feito de DNA carrega também algum DNA metilado que não pode se expressar. Por outro lado, nenhum dos RNAs é metilado. ”

Outra diferença importante entre DNA e RNA é a suscetibilidade aos raios ultravioleta.

Os raios ultravioleta - raios ultravioleta são um dos tipos comuns de mutagênicos naturais que danificam nosso DNA.

Um UV mutagênico danifica nosso DNA e causa mutações genéticas. O DNA é mais suscetível a danos UV, enquanto o RNA é resistente a UV, comparativamente.

Ilustração gráfica das principais diferenças entre DNA e RNA.

Um pouco mais…

O DNA é de fita dupla e mais longo, enquanto o RNA é mais curto e de fita simples, portanto, o RNA migra acima do DNA em um gel. Se você vir uma mancha acima da banda de DNA em um gel, seu DNA está contaminado com o RNA.

Extrair DNA é ainda mais fácil do que a RNA RNase presente em todos os lugares, mesmo em nossas mãos e em outros instrumentos, portanto, o RNA pode ser facilmente quebrado ou destruído durante o isolamento.

Uma etapa adicional da transcrição reversa é necessária durante o sequenciamento do RNA, mas não no sequenciamento do DNA. O RNA extraído é primeiro transcrito reversamente para o cDNA e, em seguida, processado para sequenciamento.

Estas são algumas das diferenças que você deve saber sobre DNA e RNA. Agora vamos falar sobre semelhanças.


O que é PCR?

A reação em cadeia da polimerase (PCR) é um em vitro Técnica de amplificação de DNA que é realizada rotineiramente em laboratórios de Biologia Molecular. Este método permitiu a produção de milhares a milhões de cópias de um fragmento de DNA particularmente interessado. O PCR foi introduzido por Kary Mullis em 1980. Nessa técnica, o fragmento de DNA interessado é servido como modelo para fazer cópias. A enzima chamada Taq polimerase é usada como a enzima DNA polimerase e irá catalisar a síntese de novas fitas do fragmento de DNA. Os primers que estão na mistura de PCR funcionarão como pontos de partida para as extensões dos fragmentos. No final da reação de PCR, muitas cópias da amostra de DNA podem ser obtidas.

Todos os ingredientes necessários para fazer cópias do DNA estão incluídos na mistura de PCR. Eles são amostra de DNA, DNA polimerase (Taq polimerase), primers (primers direto e reverso), nucleotídeos (blocos de construção de DNA) e um buffer. A reação de PCR é executada em uma máquina de PCR e deve ser alimentada com a mistura de PCR correta e o programa de PCR correto. Se a mistura de reação e o programa estiverem corretos, ele produzirá a quantidade necessária de cópias de uma seção específica de DNA a partir de uma quantidade muito pequena de DNA.

Existem três etapas principais envolvidas em uma reação de PCR, a saber, desnaturação, anelamento do primer e extensão da fita. Essas três etapas ocorrem em três temperaturas diferentes. O DNA existe como uma hélice de fita dupla. Duas fitas são ligadas por pontes de hidrogênio. Antes da amplificação, o DNA de fita dupla é separado, fornecendo uma alta temperatura. Em alta temperatura, o DNA de fita dupla desnaturou-se em fitas simples. Em seguida, os primers se anelam com as extremidades flanqueadoras do fragmento interessado ou do gene do DNA. O primer é um pequeno pedaço de DNA de fita simples que é complementar às extremidades da sequência alvo. Os primers forward e reverse recozem com as bases complementares nas extremidades flanqueadoras da amostra de DNA desnaturada na temperatura de recozimento.

Quando os primers são emparelhados com DNA, a enzima Taq polimerase inicia a síntese das novas fitas adicionando nucleotídeos que são complementares ao DNA molde. A polimerase Taq é uma enzima estável ao calor que é isolada de uma bactéria termofílica chamada Thermus aquaticus. O tampão de PCR mantém as condições ideais para a ação da Taq polimerase. Esses três estágios da reação de PCR são repetidos para produzir a quantidade necessária do produto de PCR. Em cada reação de PCR, o número da cópia do DNA está dobrando. Assim, uma amplificação exponencial pode ser observada na PCR. O produto de PCR pode ser observado usando eletroforese em gel, uma vez que produz a quantidade visível de DNA em um gel e pode ser purificado para estudos posteriores, como sequenciamento, etc.

Figura 01: PCR

O PCR é uma ferramenta valiosa na pesquisa médica e biológica. Especialmente em estudos forenses, o PCR tem um valor imenso, pois pode amplificar o DNA para estudos de pequenas amostras de criminosos e fazer perfis de DNA forenses. O PCR é amplamente utilizado em muitas áreas da biologia molecular, incluindo genotipagem, clonagem de genes, detecção de mutações, sequenciamento de DNA, microarranjos de DNA e testes de paternidade, etc.


Epitranscriptômica: O novo código de RNA e a corrida para drogá-lo

Um pequeno grupo de cientistas estudando modificações químicas no RNA inaugurou o campo da epitranscriptômica. Agora eles esperam que isso crie uma maneira inteiramente nova de tratar o câncer

Por Ryan Cross, Notícias de Química e Engenharia, 18 de fevereiro de 2019

Não é todo dia que um investidor em biotecnologia se depara com um campo inteiramente novo da ciência. E, francamente, Carlo Rizzuto nem estava procurando por uma coisa dessas. Quando Rizzuto, um sócio da empresa de capital de risco Versant Ventures, embarcou em uma viagem de reconhecimento à cidade de Nova York em 2014, ele estava simplesmente esperando descobrir pesquisas acadêmicas que estivessem maduras o suficiente para formar a base de uma empresa de biotecnologia.

Rizzuto tinha uma consulta com Samie Jaffrey, um cientista de RNA da Weill Cornell Medicine. O RNA é frequentemente descrito como um primo do DNA - a matéria da qual nossos genes são feitos. Um tipo de RNA, chamado RNA mensageiro, atua como o código intermediário que as células usam para transferir informações armazenadas no DNA em um conjunto de instruções que as células podem ler facilmente para a produção de proteínas.

Depois que Rizzuto rejeitou vários de seus projetos, Jaffrey mencionou uma linha de trabalho relativamente jovem focada no estudo de modificações químicas no RNA. Em 2012, seu laboratório inventou um método para mapear a localização de grupos metil que, por algum motivo, as células estavam adicionando ao seu mRNA. Era uma reminiscência de outro campo, chamado epigenética, ou o estudo de modificações químicas feitas no DNA para ativar ou desativar genes. A totalidade do RNA em uma célula é chamada de transcriptoma, então Jaffrey apelidou o novo campo de “epitranscriptômica”.

Rizzuto se animou. “Isso é algo em que estaríamos muito interessados”, disse ele.Crédito: Gotham TherapeuticsSamie Jaffrey, professor de farmacologia na Weill Cornell Medicine e cofundador da Gotham Therapeutics, explica a modificação m6A no RNA. O laboratório de Jaffrey & # 8217s inventou uma técnica para mapear a localização de m6A no RNA.

Jaffrey estava hesitante. “Estamos apenas fazendo coisas básicas agora”, ele se lembra de ter explicado. Seu laboratório e outros ainda estavam tentando descobrir como funcionava esse sistema de modificação de RNA. Eles estavam construindo evidências sugerindo que as enzimas adicionavam e removiam essas marcas de metila para controlar o destino do mRNA e, portanto, a produção de proteínas, mas muitas questões permaneciam. Jaffrey implorou: “Carlo, que doença estaríamos curando se abríssemos uma empresa em torno da epitranscriptômica?”

"Não importa", respondeu Rizzuto. “Isso é tão importante para a biologia molecular que deve estar relacionado aos processos fundamentais da doença”.

Então, a realidade apareceu. Empresas de capital de risco como a Rizzuto não estão no negócio de financiar anos de pesquisa básica apenas para ver se algo como epitranscriptômica está envolvido em doenças. “Estávamos procurando um novo paradigma para a regulação da expressão gênica”, lembra Rizzuto, mas era muito cedo para abrir uma empresa. Ele e Jaffrey concordaram em manter contato.

O entusiasmo de Rizzuto em 2014 desde então se espalhou entre cientistas e investidores que aprenderam sobre epitranscriptômica. Vários grupos, incluindo o de Jaffrey, mostraram que o código epitranscriptômico - o número e a localização das modificações químicas no RNA de uma célula - está seriamente fora de sintonia em alguns tipos de câncer. E com ferramentas básicas em mãos para ler essa camada de informação anteriormente oculta nas células, as empresas de biotecnologia agora estão tentando alterá-la. Três start-ups, incluindo uma que Jaffrey e Rizzuto ajudaram a fundar, chamada Gotham Therapeutics, foram lançadas com mais de US $ 110 milhões no total dedicado à descoberta de medicamentos epitranscriptômicos.

Houve uma reação semelhante à epigenética há mais de uma década, quando ficou claro que as modificações químicas que regulam os genes estão frequentemente fora de controle no câncer. As empresas correram para desenvolver medicamentos contra proteínas responsáveis ​​por fazer, remover e reconhecer modificações químicas nos genes - muitas vezes chamadas de proteínas gravadoras, eliminadoras e leitoras. Com a descoberta de proteínas paralelas de escritor, apagador e leitor trabalhando em RNA, a epitranscriptômica parece uma área promissora e inexplorada para a descoberta de drogas.

Mas há outro paralelo com a epigenética que é menos otimista: até agora, as drogas epigenéticas têm sido uma decepção. “A epigenética acabou sendo muito mais complicada do que a comunidade pensava inicialmente”, diz Chuan He, professor de química da Universidade de Chicago.

Ele, um fundador científico da empresa de epitranscriptômica Accent Therapeutics, tem estado na vanguarda do desenvolvimento de um novo estudo de modificações de RNA e seu papel nas doenças. Ele, Jaffrey e muitos outros estão confiantes de que compreender e controlar as modificações do RNA fornecerá caminhos completamente novos para o tratamento de doenças. “O que isso realmente oferece é uma biologia totalmente nova”, diz ele. “E sempre que há uma nova biologia emergindo, sempre há oportunidades para terapias.”

EPITRANSCRIPTOMIA ABRIDGED

Uma série de descobertas e avanços técnicos na última década gerou um novo campo chamado epitranscriptômica, o estudo de modificações químicas no RNA e as proteínas que escrevem, apagam e lêem essas modificações. Nos últimos anos, estudos envolvendo proteínas epitranscriptômicas no câncer levaram ao lançamento de três empresas de biotecnologia dedicadas à droga dessas proteínas.

Maio de 2008: Rupert Fray mostra que uma enzima que adiciona metil é essencial para o desenvolvimento da planta. O estudo inspira outros a olhar para as modificações do RNA.

Novembro de 2010: Chuan He propõe um novo campo de epigenética de RNA, sugerindo que as modificações de metila no RNA podem ser removidas.

Outubro de 2011: O laboratório de Chuan He prova que uma enzima chamada FTO apaga as modificações de metila no RNA.

Abril e maio de 2012: Os laboratórios de Gideon Rechavi (abril) e Samie Jaffrey (maio) publicam os primeiros mapas de modificações de RNA metil. Jaffrey cunhou a palavra “epitranscriptômica”.

Outubro de 2014: O laboratório de Howard Chang mostra que METTL3, que adiciona grupos metil ao RNA, é fundamental para o desenvolvimento e diferenciação de células-tronco embrionárias.

Junho de 2016: A Storm Therapeutics, fundada pelos cientistas da Universidade de Cambridge, Tony Kouzarides e Eric Miska, levanta US $ 16 milhões para proteínas de drogas que fazem modificações de RNA.

Setembro e novembro de 2017: Estudos independentes de Samie Jaffrey e colegas (setembro) e Tony Kouzarides e colegas (novembro) mostram que METTL3 é elevado na leucemia mieloide aguda e que a supressão da enzima força as células cancerosas a se tornarem não cancerosas.

Maio de 2018: A Accent Therapeutics, co-fundada por Chuan He, Howard Chang e Robert Copeland, arrecada $ 40 milhões.

Outubro de 2018: Gotham Therapeutics, co-fundada por Samie Jaffrey, é lançada com US $ 54 milhões.

Fevereiro de 2019: Há evidências de que a epitranscriptômica pode ser importante para a imunoterapia contra o câncer. Chuan He mostra que a exclusão de uma proteína do leitor aumenta a eficácia dos inibidores de checkpoint em camundongos.

FAZENDO UM MAPA

Uma série de eventos que teve início em 2008 lançou as bases para a epitranscriptômica. Naquele ano, enquanto estudava enzimas epigenéticas que removem as modificações de metila do DNA, ele e o biólogo Tao Pan da Universidade de Chicago começaram a duvidar de que todas essas enzimas estivessem realmente trabalhando no DNA, como outros supunham. As evidências eram particularmente instáveis ​​para uma enzima, chamada massa gorda e proteína associada à obesidade, ou FTO.

Mas um estudo do laboratório do biólogo vegetal Rupert Fray, da Universidade de Nottingham, reforçou as suspeitas de He e Pan de que as modificações do RNA foram subestimadas. Fray mostrou que as plantas sem uma enzima de adição de metila - semelhante a uma enzima chamada METTL3 em humanos - pararam de crescer em um estágio inicial específico de seu desenvolvimento.

Os cientistas sabiam que o METTL3 colocava um metil em um nitrogênio específico na adenosina, um dos quatro blocos de construção do RNA. Este bloco de construção modificado é chamado N 6-metiladenosina ou m6A para abreviar. Além do m6A, os químicos catalogaram cerca de 150 modificações químicas diferentes do RNA em bactérias, plantas e animais. Se ele pudesse encontrar uma enzima que removesse os grupos metil, isso sugeriria que havia um sistema de controle de RNA desconhecido nas células, análogo aos controles epigenéticos no DNA.

Em 2010, ele cunhou a frase "epigenética de RNA" em um comentário que delineou suas ideias (Nat. Chem. Biol., DOI: 10.1038 / nchembio.482). Um ano depois, He e Pan publicaram evidências mostrando que a enzima FTO era uma borracha - ela removeu as modificações de metila feitas por METTL3 (Nat. Chem. Biol. 2011, DOI: 10.1038 / nchembio.687).

METTL3 e FTO são enzimas, o que significa que devem ser bastante simples de inibir com drogas de moléculas pequenas.Essa noção seria mais tarde citada com frequência pelas novas empresas de epitranscriptômica, embora ainda se passassem vários anos antes que essas enzimas estivessem ligadas à doença.

No início, a importância dessas enzimas foi perdida por muitos pesquisadores. No Weill Cornell, no entanto, Jaffrey reconheceu imediatamente que o estudo de Ele era parte de um novo campo que estava prestes a explodir. Seu laboratório estava trabalhando em um método para detectar e mapear m6A através do mRNA de uma célula. Jaffrey também viu o trabalho de Fray em m6A em plantas e pensou que se as modificações existiam em humanos, eles deveriam estar fazendo algo importante em nós também.

Na época, os métodos de estudo do m6A eram rudimentares. Os pesquisadores puderam detectar a presença de m6A em globs moídos de mRNA executados por meio de técnicas comuns de laboratório de química, como cromatografia ou espectrometria de massa. “Mas você não tinha ideia de quais mRNAs estavam sendo modificados”, diz Jaffrey. Ninguém sabia se todo o mRNA tinha algum m6A ou se as modificações de metil foram encontradas apenas em alguns transcritos, acrescenta. “E, francamente, nem mesmo estava terrivelmente claro que os níveis de m6A mudaram.” Isso é tão central para a biologia molecular que tem que estar relacionado a processos de doenças fundamentais.Carlo Rizzuto, parceiro, Versant Ventures

Assim, Jaffrey e Kate Meyer, um pós-doutorando em seu laboratório, desenvolveram uma técnica para descobrir quais mRNAs continham essas modificações. Eles usaram anticorpos disponíveis comercialmente que se ligam a m6A para pescar fragmentos de mRNA humano para sequenciamento (Célula 2012, DOI: 10.1016 / j.cell.2012.05.003).

Essa técnica permitiu a criação do primeiro mapa do m6A. Os resultados foram impressionantes. “Achamos que o m6A estaria em todo lugar, meio que aleatório”, diz Jaffrey. Em vez disso, os pesquisadores viram que as marcas de metila tendem a se agrupar perto de uma área chamada códon de parada, e apenas em certos transcritos de mRNA. “Foi tão específico que nos surpreendeu.”

Uma inspeção ainda mais detalhada revelou que muitos dos mRNAs contendo m6A estavam ligados à diferenciação e ao desenvolvimento, as mesmas funções que foram afetadas nos embriões de plantas atrofiadas de Fray. “Ficamos maravilhados”, disse Jaffrey.

Em abril de 2012, enquanto Jaffrey e Meyer aguardavam a publicação de seu artigo m6A, outro grupo, liderado por Gideon Rechavi na Universidade de Tel Aviv, publicou seu próprio artigo sobre o uso de anticorpos para mapear m6A em células de camundongo e humanas (Natureza 2012, DOI: 10.1038 / nature11112). “Foi recebido com muito ceticismo”, diz Dan Dominissini, o aluno de doutorado no laboratório de Rechavi que liderou o projeto. “As pessoas não entendiam por que isso era importante. Demorou um ano para publicar. ”

O problema era que os pesquisadores ainda não haviam estabelecido uma ligação clara entre essas modificações de RNA e doenças, ou mesmo a biologia humana básica. Além disso, o campo não teria seu nome de epitranscriptômica por mais três semanas, quando o artigo de Jaffrey e Meyer descrevendo sua técnica de mapeamento m6A foi publicado online em maio de 2012. Embora Jaffrey tenha sido furado, as publicações consecutivas colocaram epitranscriptômica no radar. O campo estava prestes a explodir.

Editando o código epitranscriptômico

A modificação de RNA mais comum é N 6-metiladenosina (m6A), que é produzido quando um complexo de proteínas contendo a enzima “gravadora” METTL3 adiciona um grupo metil à adenosina. Duas enzimas “eliminadoras” diferentes, chamadas ALKBH5 e FTO, podem remover um grupo metil para transformar m6A de volta em adenosina.Crédito: Imagens de proteínas ALKBH5, FTO e METTL3-METTL14 criadas com o Protein Data Bank, NGL Viewer

EM BUSCA DE DOENÇA

Em Chicago, ele estava posicionando seu laboratório como a vanguarda da pesquisa epitranscriptômica. Seu grupo descobriu que uma enzima chamada ALKBH5, como FTO, apagava marcas de metila no RNA, transformando m6A de volta em adenosina. No entanto, mesmo em 2014, dois anos depois que os métodos de mapeamento m6A foram publicados, a epitranscriptômica não estava recebendo o reconhecimento, ou financiamento, que Ele achava que merecia. “As pessoas achavam que era fofo”, diz ele. “Mas os biólogos não estavam convencidos de sua importância.”

A epitranscriptômica agora era um tópico quente. À medida que os estudos começaram a borbulhar explorando o papel das modificações do RNA, particularmente m6A, em uma variedade de células e espécies, os investidores começaram a colocar dinheiro no campo. Em junho de 2016, uma start-up britânica chamada Storm Therapeutics arrecadou US $ 16 milhões e se tornou a primeira empresa dedicada a lidar com a nova epigenética de RNA.

Embora Storm estivesse em desenvolvimento há vários anos, não estava claro quais doenças a empresa estaria curando. Dois cientistas da Universidade de Cambridge, Tony Kouzarides e Eric Miska, começaram a discutir a ideia da empresa em 2012, quando publicaram trabalhos sobre enzimas obscuras que modificam quimicamente os microRNAs, que regulam a função de outros RNAs.

Embora as enzimas estivessem ligadas ao câncer, pelo menos em células que crescem em um prato, os estudos de microRNA passaram despercebidos. Kouzarides e Miska pensaram que deveriam existir mais ligações desconhecidas entre as modificações do RNA e o câncer, mas demorou alguns anos para encontrar investidores dispostos a apostar em suas hipóteses. “Eu não acho que havia uma grande quantidade de dados reais, era apenas a crença de que deveria haver”, disse o CEO da Storm, Keith Blundy. “A ideia de que todas essas modificações químicas no RNA não foram desreguladas ou mutadas ou alteradas no câncer era quase impensável.”

Essa crença, que ecoa o sentimento que Rizzuto da Versant Ventures expressou no escritório de Jaffrey em 2014, estava prestes a ser validada. No segundo semestre de 2016, os estudos começaram a vincular as proteínas do leitor e do escritor ao câncer. Jaffrey viu as evidências em primeira mão em um estudo em andamento que estava conduzindo sobre câncer no sangue. As implicações para a descoberta de medicamentos estavam se tornando claras. Ele estendeu a mão para Rizzuto. Era hora de seguir em frente.

ANOTAÇÕES NO SANGUE

O fio condutor da pesquisa epitranscriptômica era sua ligação com a diferenciação e o desenvolvimento celular. Os estudos com células-tronco de Chang e Rechavi em m6A deram a vários laboratórios de pesquisa - incluindo He, Jaffrey e Kouzarides - a ideia de olhar para o papel dessas modificações de RNA em um câncer sanguíneo mortal chamado leucemia mieloide aguda.

A leucemia é essencialmente uma doença de diferenciação disfuncional. Os ossos de pessoas saudáveis ​​são preenchidos com células-tronco hematopoéticas que produzem glóbulos brancos. Na leucemia, essas células-tronco enlouquecem. Eles se proliferam e deslocam outras células sanguíneas porque não podem se diferenciar, ou amadurecer, em glóbulos brancos normais.

Em dezembro de 2016, o laboratório de He, juntamente com vários colaboradores, mostrou que as amostras de tecido retiradas de pessoas com certos tipos de leucemia mieloide aguda exibiam altos níveis da enzima FTO - que, cinco anos antes, ele descobriu ser uma borracha m6A (Célula cancerosa 2016, DOI: 10.1016 / j.ccell.2016.11.017). Poucos meses depois, com um grupo diferente de colaboradores, ele mostrou que os níveis da enzima de remoção de metila ALKBH5 estavam elevados em células-tronco de glioblastoma (Célula cancerosa 2017, DOI: 10.1016 / j.ccell.2017.02.013).Crédito: Jornal da American Chemical SocietyUma estrutura de superfície (malha) de um duplex de RNA (varas) com a modificação de metila de m6A (bolas).

No início de 2017, Lasky, o investidor do Column Group, entrou em contato com He. Agora que as enzimas epitranscriptômicas estavam ligadas ao câncer, a empresa de Lasky queria começar uma empresa farmacêutica para controlar as modificações do RNA. Com os novos dados sobre o câncer em mãos, Ele sentiu que era o momento certo.

Os investidores também sabiam de uma publicação dos trabalhos de Jaffrey e do especialista em leucemia Michael Kharas no Memorial Sloan Kettering Cancer Center. O Column Group e a Versant Ventures trabalharam juntos por um tempo para começar a formar uma única empresa de epitranscriptômica com vários dos líderes acadêmicos. Durante o verão de 2017, no entanto, os diferentes jogadores se dividiram em dois campos. O Column Group trouxe He e Chang como cofundadores acadêmicos da Accent Therapeutics. A Versant Ventures nomeou Jaffrey o fundador acadêmico da Gotham Therapeutics.

Enquanto Accent e Gotham ainda estavam em modo furtivo, Jaffrey publicou um estudo mostrando que as mutações genéticas levavam a níveis elevados fixos de METTL3 na leucemia mieloide aguda, impedindo a formação de glóbulos brancos. Ao reduzir os níveis de METTL3, as células de leucemia podem ser induzidas a sofrer diferenciação para se tornarem células não cancerosas que eventualmente morrem (Nat. Med. 2017, DOI: 10.1038 / nm.4416). “Foi notável porque nem mesmo precisávamos da inibição completa de METTL3”, diz Jaffrey.

Dois meses depois, o laboratório de Kouzarides na Universidade de Cambridge publicou resultados semelhantes, com detalhes adicionais sobre o que METTL3 estava fazendo nessas células (Natureza 2017, DOI: 10.1038 / nature24678). Na leucemia, a elevada METTL3 estimulou a produção de proteínas ligadas ao câncer. “É alimentar a célula com as mesmas proteínas que estão conduzindo a tumorigênese”, disse o CEO da Gotham, Lee Babiss.

A epitranscriptômica agora tinha alvos de drogas, doenças e estudos de alto perfil. Depois de recrutar investidores adicionais, a Accent foi lançada com US $ 40 milhões em maio de 2018 e a Gotham com US $ 54 milhões em outubro. A Storm Therapeutics está em processo de arrecadar aproximadamente US $ 65 milhões para sua segunda rodada de dinheiro de investidores. Embora nenhuma dessas empresas nomeie seus alvos ou primeiras doenças que tentarão tratar, as conversas com os CEOs das empresas sugerem que o desenvolvimento de inibidores de METTL3 é uma meta para todos os três.

Os criadores de medicamentos têm muita experiência em inibir enzimas, tornando a METTL3 um primeiro alvo atraente. Mas sua atividade pode não ser direta, diz Yunsun Nam, biofísico da University of Texas Southwestern Medical Center. METTL3 agarra o grupo metil que adiciona ao RNA da S-adenosilmetionina (SAM), uma molécula usada por várias outras enzimas. Os compostos das empresas também precisarão evitar a inibição dessas outras enzimas, explica ela.

Nam acha que uma solução alternativa poderia ter como alvo uma proteína chamada METTL14, que é anexada a METTL3 como parte de um complexo de escrita m6A maior. “METTL3 e METTL14 são muito dependentes um do outro para estabilidade”, diz ela.

Mesmo que as empresas possam desenvolver inibidores seletivos de METTL3, não está claro quantas pessoas se beneficiariam com eles. Enquanto os estudos de leucemia por Jaffrey e Kouzarides mostraram que os níveis de m6A estão muito altos, os estudos de leucemia e glioblastoma de He mostraram o oposto, que os níveis de m6A estão muito baixos. Outros estudos sugeriram resultados mais contraditórios - incluindo que os níveis de m6A podem ser muito altos no glioblastoma. Em outras palavras, ao desenvolver terapias, será crucial saber o estado epitranscriptômico das células cancerosas de uma pessoa. Caso contrário, dar à pessoa errada um inibidor de METTL3 pode piorar as coisas.

“É uma possibilidade”, reconhece Robert Copeland, presidente e diretor científico da Accent. O desafio para a Accent e outras empresas será descobrir qual subconjunto de pessoas com leucemia se beneficiariam de um inibidor de METTL3, para reduzir os níveis de m6A, e quais se beneficiariam de um inibidor de FTO, para aumentar os níveis de m6A, explica Copeland. “Se o pêndulo oscilar muito para um lado ou muito para o outro, você pode causar doenças.”Crédito: Accent TherapeuticsRobert Copeland, presidente e diretor científico da Accent Therapeutics

EPI-EXPANSÃO

Embora os líderes de Accent, Gotham e Storm estejam sendo sigilosos sobre suas estratégias, todos eles sugerem que o escopo potencial da descoberta de drogas epitranscriptômicas é muito maior do que apenas visar a METTL3.

Além das borrachas m6A, um crescente corpo de trabalho está descobrindo a importância dos leitores m6A. No início deste mês, o laboratório de He mostrou que uma proteína do leitor m6A chamada YTHDF1 é um importante interruptor de controle no sistema imunológico e que inibi-la pode aumentar drasticamente a eficácia dos inibidores de checkpoint existentes, uma classe popular de imunoterapia contra o câncer (Natureza 2019, DOI: 10.1038 / s41586-019-0916-x). “Acho que muitas empresas de imunoterapia vão pular para a epitranscriptômica assim que lerem o jornal”, diz ele.

E esta não é a primeira ligação conhecida entre epitranscriptômica e imunoterapia, diz Copeland da Accent. Sua empresa tem estudado uma enzima chamada ADAR1 - que significa adenosina desaminase atuando no RNA - que modifica as bases de adenosina no RNA. Estudos de laboratórios acadêmicos mostram que alguns tumores dependem do ADAR1 de maneiras que as células normais não dependem. Um estudo sugere que o bloqueio de ADAR1 pode tornar certos cânceres resistentes a medicamentos vulneráveis ​​a inibidores de checkpoint (Natureza 2018, DOI: 10.1038 / s41586-018-0768-9).

Outros laboratórios que estão entrando na briga estão descobrindo novas proteínas que lêem, escrevem e apagam modificações de RNA, com links para outros tipos de câncer e outras doenças. O escopo da epitranscriptômica pode ser enorme. “Isso é o que nos empolga no campo”, diz Blundy, CEO da Storm. “Existem muitas, muitas vias de RNA que são reguladas por meio de modificações”.

No entanto, as descobertas nem todas estão ocorrendo sem problemas. Por exemplo, Jaffrey afirma que o principal alvo da enzima eliminadora FTO não é realmente m6A, mas uma modificação ligeiramente diferente, chamada m6Am. Outros discordam. “Ainda há algum debate, mas essa é a trajetória normal para um campo, especialmente nos primeiros dias”, diz Jaffrey.

O campo também ainda apresenta obstáculos técnicos. “No momento, os métodos para mapear e detectar m6A são rudes”, admite Jaffrey. Os métodos existentes requerem grandes tamanhos de amostra e são ineficazes para quantificar como os níveis de m6A mudam ao longo do tempo em transcrições de mRNA específicas. Seu laboratório agora está trabalhando em maneiras de quantificar melhor o m6A para diagnosticar ou prever doenças na clínica. Essas ferramentas serão críticas para recrutar as pessoas certas para estudos clínicos que testam inibidores de proteínas epitranscriptômicas.

Outro problema é a falta de inibidores de pequenas moléculas disponíveis ao público para estudar proteínas epitranscriptômicas. “Não temos nem um inibidor para pesquisa”, diz Dominissini, que também desenvolveu novas técnicas de mapeamento de modificação de RNA e agora dirige seu próprio laboratório de epitranscriptômica na Universidade de Tel Aviv. No momento, os pesquisadores precisam usar técnicas genéticas para remover ou bloquear a produção de proteínas gravadoras, eliminadoras e leitoras, mas o que o campo realmente precisa são moléculas simples para testar as hipóteses de que essas proteínas serão bons alvos de drogas, diz ele. Claro, é nisso que as empresas estão trabalhando.

Uma falta semelhante de compostos paralisou a descoberta de drogas epigenéticas há mais de uma década. Os pioneiros no campo da epitranscriptômica não se incomodam com esses paralelos. “Não acho que haja uma relação entre o sucesso ou o fracasso de uma droga epigenética e uma droga epitranscriptômica”, diz Jaffrey.

Os cientistas e empresas da área estão avançando a todo vapor. Centenas de laboratórios citaram artigos de Dominissini, He e Jaffrey, e todos podem apontar para vários estudos em andamento que investigam o papel das modificações do RNA em outras doenças. “Isso reflete a rapidez com que as pessoas entraram em campo”, diz ele. “A epitranscriptômica está crescendo”.


Como a biologia sintética pode ajudar o meio ambiente

A maior parte da ciência ambiental está focada em como voltar no tempo, não avançar, diz Ben Bostick, geoquímico do Observatório Terrestre Lamont-Doherty. “Pensamos em como podemos reverter nossa pegada, e não tanto sobre como podemos aumentar nossa pegada de forma positiva”, disse ele. “Mas existem muitos exemplos de biologia sintética que eu acho que realmente têm muito potencial no meio ambiente. Pense em como podemos ajudar nosso meio ambiente apenas fazendo coisas como melhorar os materiais que fabricamos usando biologia sintética. ”

Biologia sintética (synbio) é a construção de componentes biológicos, como enzimas e células, ou funções e organismos que não existem na natureza, ou seu redesenho para desempenhar novas funções. Biólogos sintéticos identificam sequências de genes que dão aos organismos certas características, criam-nas quimicamente em um laboratório e, em seguida, inserem-nas em outros microorganismos, como E. coli, para que produzam as proteínas, características ou funções desejadas.

Desde 2011, quando escrevi uma introdução geral ao synbio, o campo cresceu rapidamente.

Um dos motivos para isso é o desenvolvimento da ferramenta de edição de genes CRISPR-Cas9, usada pela primeira vez em 2013, que localiza, corta e substitui DNA em locais específicos. Outra razão é a facilidade com que se tornou usar o Registro de peças biológicas padrão, que cataloga mais de 20.000 peças genéticas ou BioBricks que podem ser encomendados e usados ​​para criar novos organismos ou sistemas sintéticos.

Em 2018, os investidores despejaram US $ 3,8 bilhões e governos ao redor do mundo investiram US $ 50 milhões em empresas synbio. Em 2022, o mercado global de aplicativos synbio é projetado em US $ 13,9 bilhões. Mas a biologia sintética ainda é controversa porque envolve alterar a natureza e seu potencial e riscos não são completamente compreendidos.

Bostick, que trabalha para remediar a contaminação de águas subterrâneas por arsênio, estimulando bactérias naturais a produzir substâncias às quais o arsênio adere, explicou que, na verdade, toda a comunidade biológica que atua nos organismos altera os sistemas biológicos o tempo todo, mas não altera o material genético ou organismos. Os cientistas excluem enzimas, inserem novas e mudam coisas diferentes para entender o mundo natural "Essas são técnicas padrão agora, mas são feitas mecanicamente", disse ele. “Se você quiser ver como uma proteína funciona, o que você faz? Você realmente muda - é exatamente assim que estudamos nosso ambiente. Eles são sintéticos e são alterações biológicas, mas eles simplesmente não são feitos com o propósito que define a biologia sintética. ” Synbio é mais controverso porque seu objetivo é construir sistemas biológicos artificiais que ainda não existem no mundo natural.

No entanto, a biologia sintética está produzindo algumas soluções potenciais para nossos problemas ambientais mais intratáveis. Aqui estão alguns exemplos.

Lidando com a poluição

Os micróbios têm sido usados ​​para detectar, identificar e quantificar os poluentes ambientais há décadas. Agora, biossensores microbianos sintetizados são capazes de atingir toxinas específicas como arsênio, cádmio, mercúrio, nitrogênio, amônio, nitrato, fósforo e metais pesados ​​e responder de várias maneiras. Eles podem ser projetados para gerar um sinal eletroquímico, térmico, acústico ou bioluminescente ao encontrar o poluente designado.

O CRISPR foi usado para dar às moscas-das-frutas olhos fluorescentes vermelhos. Foto: NICHD

Alguns micróbios podem descontaminar o solo ou a água naturalmente. Sintetizar certas proteínas e transferi-las para essas bactérias pode melhorar sua capacidade de se ligar ou degradar metais pesados ​​ou radionuclídeos.Uma bactéria do solo recebeu novos circuitos reguladores que a orientam a consumir produtos químicos industriais como alimento. Pesquisadores na Escócia estão desenvolvendo bactérias para converter metais pesados ​​em nanopartículas metálicas, que são usadas na medicina, na indústria e nos combustíveis.

CustoMem no Reino Unido usa biologia sintética para criar um material granular que atrai e adere a micropoluentes como pesticidas, produtos farmacêuticos e certos produtos químicos em águas residuais. E pesquisadores australianos estão tentando criar uma estrutura multicelular que eles chamam de “água-viva sintética” que poderia ser liberada após um vazamento tóxico para quebrar os contaminantes.

Preservando a biodiversidade

Os cientistas estão usando a biologia sintética para tornar os castanheiros americanos mais resistentes a um fungo mortal. Foto: Joe Blowe

Os castanheiros americanos dominaram a costa leste dos Estados Unidos até 1876, quando um fungo carregado de sementes de castanha importadas os devastou, deixando menos de um por cento em 1950. Para fazer árvores resistentes à praga, os cientistas inseriram um gene do trigo em embriões de castanha, permitindo para produzir uma enzima que desintoxica o fungo. Este castanheiro provavelmente se tornará o primeiro organismo geneticamente modificado a ser liberado na natureza, uma vez que seja aprovado pelo Departamento de Agricultura, pela Food and Drug Administration (FDA) e pela Agência de Proteção Ambiental (EPA).

Revive & amp Restore, uma organização que usa técnicas genéticas para preservar a biodiversidade, está tentando resgatar o furão de pés pretos em perigo, que é suscetível à peste silvestre. Como o furão doméstico não é, os cientistas estão estudando a possibilidade de encontrar os genes que dão resistência ao furão doméstico e editá-los no genoma do furão-de-pé-preto. A pesquisa começará com culturas de células em laboratório.

Gene drives são mecanismos que espalham uma característica genética desejada através de uma população para controlar espécies invasoras. Um gene drive foi recentemente considerado para controlar o mexilhão dourado, que invadiu as águas da América do Sul e da América Latina. Depois de identificar os genes relacionados à reprodução e infertilidade em mexilhões dourados, os cientistas propuseram o uso de CRISPR-Cas9 para editar o genoma do mexilhão para tornar as fêmeas inférteis. Os mexilhões geneticamente modificados seriam então cruzados com mexilhões selvagens em laboratório, criando embriões modificados que poderiam ser liberados na natureza para espalhar a infertilidade pela população. Uma unidade genética para eliminar os mosquitos transmissores da malária funcionou em laboratório, mas nenhuma unidade genética projetada foi tentada em campo ainda.

Esta crosta do solo contém cianobactérias, algas, fungos e líquenes. Foto: livros de cerveja

Alguns cientistas também estão trabalhando na modificação dos genomas dos corais para dar-lhes mais resistência ao aquecimento, à poluição e à acidificação dos oceanos. Outros propuseram modificar os genes das cianobactérias que afetam a umidade na crosta do solo de ecossistemas semidesérticos para que o solo retenha mais água e mais vegetação possa crescer.

Alimentando o mundo

Com a expectativa de que a população mundial atinja 10 bilhões em 2050, a demanda global por alimentos pode aumentar de 59 a 98 por cento. Os impactos das mudanças climáticas - temperaturas mais altas, condições climáticas extremas, secas, níveis crescentes de dióxido de carbono e aumento do nível do mar - estão colocando em risco a quantidade e a qualidade de nossos suprimentos de alimentos.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego descobriram que quando as plantas encontram condições de seca, elas liberam um hormônio que fecha os poros da planta para reter água, retarda seu crescimento e mantém as sementes dormentes. Esse hormônio é caro para sintetizar, no entanto, então os cientistas trabalharam com receptores desenvolvidos sinteticamente em tomateiros que responderam de forma semelhante à conservação de água a um fungicida comumente usado, tornando as plantas mais resistentes à seca.

Os cientistas do Salk Institute identificaram os genes que estimulam o sistema radicular de uma planta a crescer mais profundamente no solo. Eles planejam criar caminhos genéticos para criar raízes mais profundas, o que permitirá que as plantas resistam ao estresse, sequestrem mais carbono e enriqueçam o solo.

Os micróbios que vivem com as leguminosas lhes dão a capacidade de converter o nitrogênio da atmosfera em nutrientes de que a planta precisa para crescer. No entanto, como outras plantas não conseguem assimilar o nitrogênio naturalmente, os agricultores costumam usar fertilizantes químicos. A produção de fertilizantes, feita principalmente a partir de combustíveis fósseis, resulta em emissões de gases de efeito estufa e eutrofização. Como alternativa, a Pivot Bio, uma empresa da Califórnia, projetou os genes de um micróbio que vive nas raízes das plantas de milho, trigo e arroz para permitir que o micróbio retire o nitrogênio do ar e o forneça a uma planta em troca de nutrientes . Em testes de campo, seu micróbio produtor de nitrogênio para o milho rendeu 7,7 alqueires por acre a mais do que os campos fertilizados quimicamente.

A agricultura, incluindo a criação de gado, é responsável por cerca de 8 por cento das emissões de gases de efeito estufa dos EUA. Micróbios geneticamente modificados estão sendo usados ​​para produzir alimentos mais sustentáveis, éticos e potencialmente mais saudáveis. A Motif Ingredients está desenvolvendo ingredientes proteicos alternativos sem a agricultura animal. Ele usa micróbios projetados para produzir proteínas alimentares que podem ser adaptadas para imitar sabores ou texturas semelhantes aos encontrados na carne bovina e laticínios.

O hambúrguer impossível. Foto: Dale Cruse

O hambúrguer vegetal da Impossible Foods contém heme sintetizado, a molécula que contém ferro encontrada em animais e plantas que dá à carne seu sabor sangrento. Para fazer isso, os cientistas adicionaram um gene de planta à levedura, que, após a fermentação, produziu grandes quantidades da proteína heme. O Impossible Burger usa 75 por cento menos água e 95 por cento menos terra do que um hambúrguer de carne normal e produz 87 por cento menos emissões de gases de efeito estufa.

À medida que a demanda por frutos do mar cresce globalmente (os estoques pesqueiros já estão 90% sobreexplorados), também aumenta a necessidade de farinha de peixe, as pelotas de proteína feitas de pequenos peixes moídos e grãos que alimentam os peixes de viveiro e também o gado. A NovoNutrients, sediada na Califórnia, usa CO2 de emissões industriais para alimentar bactérias criadas em laboratório, que então produzem proteínas semelhantes aos aminoácidos que os peixes obtêm ao comer peixes menores - as bactérias substituem a farinha de peixe, fornecendo aos peixes proteínas e outros nutrientes.

Criação de produtos mais verdes

A queima de combustíveis fósseis para obter energia foi responsável por 94 por cento do total das emissões antropogênicas de CO2 dos EUA em 2016, portanto, muitas pesquisas têm como objetivo criar biocombustíveis melhores que não competem com a produção de alimentos, nutrientes do solo ou espaço. A última geração de biocombustíveis concentra-se em microalgas modificadas, que têm alto teor de gordura e carboidratos, crescem rapidamente e são relativamente robustas. Alterar suas vias metabólicas permite que eles fotossintetizem com mais eficiência, produzam mais óleo, absorvam mais carbono e sejam mais resistentes, de modo que seu número possa ser aumentado.

O Laboratório Nacional de Energia Renovável está estudando microalgas para biocombustíveis
Foto: DOE

A LanzaTech, em Illinois, identificou um organismo que produz etanol naturalmente a partir de gases residuais industriais. Depois que a empresa o desenvolveu com “caminhos” de outros organismos para melhorar seu desempenho, o organismo é capaz de produzir moléculas exclusivas para produtos químicos e combustíveis valiosos. A primeira planta comercial da LanzaTech na China produziu mais de sete milhões de galões de etanol a partir de emissões de usinas siderúrgicas que podem ser convertidos em combustível de aviação e outros produtos.

165 milhões de toneladas de plástico destruíram os oceanos, com quase 9 milhões de toneladas a mais sendo adicionadas a cada ano. A Synbio pode fornecer uma solução para este problema de poluição, tanto degradando quanto substituindo o plástico.

Em 2016, pesquisadores no Japão identificaram duas enzimas em uma bactéria que a permitem se alimentar e degradar o plástico PET, o tipo usado em garrafas de água e recipientes de comida. Desde então, pesquisadores de todo o mundo vêm analisando como as enzimas decompõem o plástico e tentando melhorar sua capacidade de fazê-lo.

A Newlight Technologies, com sede na Califórnia, está usando um biocatalisador baseado em microorganismos especialmente desenvolvido (semelhante a uma enzima) para transformar o gás residual capturado do ar em um bioplástico. O biocatalisador retira carbono do metano ou dióxido de carbono de fazendas, estações de tratamento de água, aterros sanitários ou instalações de energia e, em seguida, combina-o com hidrogênio e oxigênio para sintetizar um material de biopolímero. O biopolímero, denominado AirCarbon, pode substituir o plástico em móveis e embalagens.

A lignina é um componente-chave das plantas que, como outros tipos de biomassa, pode ser usada para combustíveis renováveis ​​e produtos químicos. Uma vez que muito poucas bactérias e fungos podem decompô-lo naturalmente, os cientistas vêm tentando há anos desenvolver uma maneira eficiente de fazê-lo. Agora, alguns desenvolveram uma enzima que ocorre naturalmente para quebrá-la, o que poderia eventualmente tornar possível o uso de lignina para náilon, bioplásticos e até mesmo fibra de carbono.

A fabricação de dispositivos eletrônicos complexos requer substâncias tóxicas, raras e não renováveis ​​e gera mais de 50 milhões de toneladas de lixo eletrônico a cada ano. Simon Vecchioni, que recentemente defendeu seu PhD em engenharia biomédica na Universidade de Columbia, está usando biologia sintética para produzir nanofios e redes de DNA como uma alternativa à tecnologia de dispositivos de silício.

Vecchioni encomendou DNA sintetizado de uma empresa, usou-o para criar seu próprio BioBrick - um pedaço circular de DNA - e o inseriu na bactéria E.coli, que criou cópias do DNA. Ele então cortou uma parte do DNA e inseriu um íon de prata nele, transformando o DNA em um condutor de eletricidade. Seu próximo desafio é transformar os nanofios de DNA em uma rede. Os nanofios de DNA podem um dia substituir os fios feitos de metais valiosos como ouro, prata (que a Vecchioni só usa em escala atômica), platina e irídio, e sua capacidade de "automontar" pode eliminar o uso de produtos químicos de processamento tóxicos usado para gravar silício.

“Uma tecnologia de fabricação de circuitos elétricos em nanoescala poderia transformar a indústria eletrônica. As bactérias são fábricas em microescala e o DNA é um material biodegradável ”, disse ele. “Se tivermos sucesso, podemos esperar produzir eletrônicos limpos, baratos e renováveis ​​para uso do consumidor.”

A produção de cimento (um ingrediente-chave do concreto) é responsável por cerca de 8% das emissões globais de gases de efeito estufa por causa da energia necessária para minerar, transportar e preparar as matérias-primas. O bioMASON na Carolina do Norte oferece uma alternativa colocando areia em moldes e injetando bactérias, que são alimentadas com íons de cálcio na água. Os íons criam uma camada de carbonato de cálcio com as paredes celulares da bactéria, fazendo com que as partículas se colem. Um tijolo cresce em três a cinco dias. Os tijolos do bioMASON podem ser personalizados para brilhar no escuro, absorver a poluição ou mudar de cor quando molhados.

Vestir-se de forma mais sustentável

A moda rápida tem um impacto desastroso no meio ambiente por causa de seus corantes e acabamentos de tecido, uso de combustível fóssil e poluição de microfibra. Cerca de três quartos da água usada para tingir acaba como esgoto tóxico, e mais de 60% dos têxteis são feitos de poliéster e outras fibras à base de combustível fóssil que desprendem microfibras quando lavadas, poluindo nossas águas.

Fábrica têxtil em Bangladesh Foto: NYU Stern BHR

A empresa francesa Pili sintetiza enzimas que podem ser adaptadas para produzir cores diferentes e, em seguida, as integra às bactérias. As bactérias são então capazes de criar pigmentos. O corante Pili é produzido sem produtos de petróleo ou produtos químicos e usa um quinto da água dos corantes normais.

A seda de aranha, considerada um dos materiais mais fortes da natureza, é elástica, durável e macia. A Bolt Threads, sediada em San Francisco, estudou o DNA de aranha para descobrir o que dá à seda de aranha suas características especiais, em seguida, desenvolveu os genes de acordo e os colocou na levedura, que, após a fermentação, produziu grandes quantidades de proteínas líquidas da seda. A proteína da seda é então transformada em fibras, que podem ser transformadas em Microsilk renováveis.

Os riscos do synbio

Nos EUA, os produtos químicos e farmacêuticos synbio são regulados principalmente pela Lei de Controle de Substâncias Tóxicas de 1976. Outros produtos e aplicações comerciais da synbio são regulamentados pela EPA, Departamento de Agricultura e FDA. Mas essas agências têm capacidade e eficácia para monitorar a biologia sintética tão rápido quanto ela está se desenvolvendo e mudando?

Como algumas aplicações sin bio estão começando a sair do laboratório, existem preocupações sobre seus potenciais riscos ambientais. Se um organismo modificado, como aqueles usados ​​em impulsos genéticos, for liberado na natureza, poderia ser mais bem-sucedido do que as espécies existentes em um ecossistema e se espalhar sem controle?

Bostick observou que cada projeto de biologia sintética hoje geralmente se concentra em uma modificação muito específica. “É adicionar ou alterar uma única enzima, possivelmente adicionando uma série de enzimas para que possa fazer uma coisa”, disse ele. "Muito raramente você ajusta o resto do organismo, por isso não é crítico para o sucesso do organismo e não é provável que funcione desenfreado. Do ponto de vista científico, é difícil mudar mais de uma coisa. ”

Além disso, de acordo com Vecchioni, a maior parte da pesquisa de synbio está sendo feita por grupos de estudantes por meio da Competição Internacional de Máquinas Geneticamente Modificadas do iGEM, e todo projeto iGEM deve ter um componente de segurança - alguma forma de desligar o gene ou regulá-lo se ele vazar.

Outra preocupação é que a criação ou modificação de organismos poderia ser usada para criar uma doença com o propósito de bioterrorismo. Vecchioni explicou que o FBI está procurando por isso. “Eles entram bem e dizem 'oi, estamos observando'”, disse ele. “Eles também vão a conferências e apenas se certificam de que as pessoas estão sendo espertas sobre isso.” Ele acrescentou que as empresas de síntese de DNA também estão em alerta. “Eles têm uma biblioteca de pedaços perigosos de DNA conhecidos, então, se você tentar encomendar algo que é conhecido por criar doenças em qualquer organismo, o FBI virá bater à sua porta.”

Uma preocupação mais recente é que os institutos de pesquisa começaram a estabelecer biofoundries, instalações que dependem fortemente de automação e inteligência artificial (IA) para aprimorar e acelerar suas capacidades de biotecnologia. Jim Thomas, co-diretor executivo do Grupo ETC, que monitora tecnologias emergentes, está preocupado com as dezenas de milhares de organismos que a IA está sendo usada para criar. “Isso levanta uma questão de segurança real porque se algo der errado, você potencialmente não entende por que deu errado”, disse Thomas. “Com IA, é um pouco como uma caixa preta.” Ele observou que a maioria dos especialistas concorda que deve haver um processo para monitorar e avaliar novos desenvolvimentos no synbio.

Apesar dos riscos potenciais do synbio, seus benefícios potenciais para o planeta são enormes. E como nosso meio ambiente é prejudicado pelos impactos das mudanças climáticas e da atividade humana, precisamos explorar todas as opções. “Precisamos de todas as soluções possíveis para, mesmo remotamente, chegar à magnitude da mudança de que precisamos para melhorar nosso mundo”, disse Bostick.


Mais rápido em uma ordem de magnitude

Fazer vacinas de mRNA significa fabricar RNA, um processo muito complexo que requer vários ingredientes altamente purificados. Primeiro, você deve ser capaz de fabricar plasmídeos de DNA - os modelos sobre os quais o RNA é construído.

“Esta etapa é quase tão complexa quanto criar uma vacina inteira em primeiro lugar”, diz Simone com uma risada. “A boa notícia é que a fabricação do plasmídeo de DNA já está bem estabelecida. E uma vez que você tem os modelos de DNA, é quando uma velocidade incrível começa a bater na sua porta. ”

Para entender o quão mais rápida é essa abordagem, você precisa entender o ritmo normal de produção da vacina viral. Para começar a fabricar uma vacina viral, você precisa de muitas células animais, cada uma infectada com um vírus enfraquecido (ou morto).

Para algumas vacinas, como a contra febre amarela, essas culturas de células são cultivadas em ovos de galinha (MUITOS ovos de galinha). Para outros, como a vacina contra a meningite A, as células são cultivadas em um fermentador (imagine uma panela de pressão gigante de aço inoxidável).

No Vietnã, um técnico de laboratório do Instituto de Vacinas e Biologia Médica inspeciona ovos que serão usados ​​na fabricação de vacinas. Foto: PATH / Matthew Dakin.

Simone diz que “mesmo com equipamentos de fermentação modernos, atingir a biomassa adequada para iniciar a fabricação de uma vacina viral leva cerca de quatro a seis semanas. Uma vez em andamento, cada ciclo de crescimento e produção pode levar uma semana. Uma vacina de mRNA é sintetizada em questão de minutos. ”

A incrível diferença de velocidade se deve ao fato de que as vacinas virais dependem da biologia de células animais, enquanto a fabricação de RNA é um processo bioquímico livre de células realizado com enzimas sintéticas.

O que nos leva aos outros ingredientes altamente purificados necessários para a fabricação de RNA: ribonucleotídeos derivados quimicamente. Esses são os pequenos blocos de construção (você pode conhecê-los como G, A, U, C) que a RNA polimerase sintetiza para criar a fita desejada de mRNA.


Capítulo 21 & # 8211 Base Genética de Desenvolvimento

2. Descreva a função natural das enzimas de restrição.

3. Descreva como as enzimas de restrição e a eletroforese em gel são usadas para isolar fragmentos de DNA.

4. Explique como a criação de extremidades adesivas por enzimas de restrição é útil na produção de uma molécula de DNA recombinante.

5. Descreva os procedimentos para a produção de vetores de plasmídeo e fago.

6. Explique como os vetores são usados ​​na tecnologia de DNA recombinante.

7. Liste e descreva as duas principais fontes de genes para clonagem.

8. Descreva a função da transcriptase reversa em retrovírus e explique como eles são úteis na tecnologia de DNA recombinante.

9. Descreva como & # 8220genes de interesse & # 8221 podem ser identificados com o uso de uma sonda.

10. Explicar a importância da síntese e sequenciamento de DNA para estudos modernos de genomas eucarióticos.

11. Descreva como as bactérias podem ser induzidas a produzir produtos de genes eucarióticos.

12. Liste algumas vantagens do uso de levedura na produção de produtos genéticos.

13. Liste e descreva quatro abordagens complementares usadas para mapear o genoma humano.

14. Explique como a análise RFLP e PCR podem ser aplicadas ao Projeto Genoma Humano.

15. Descreva como a tecnologia de DNA recombinante pode ter aplicações médicas, como diagnóstico de doenças genéticas, desenvolvimento de terapia gênica, produção de vacinas e desenvolvimento de produtos farmacêuticos.

16. Descreva como a manipulação de genes tem aplicações práticas para a agricultura.

17. Descreva como os genes das plantas podem ser manipulados usando o plasmídeo Ti transportado por Agrobacterium como um vetor.

18. Explique como o DNA estranho pode ser transferido para plantas monocotiledôneas.

19. Descreva como os estudos de DNA recombinante e a indústria de biotecnologia são regulamentados com relação a questões de segurança e políticas.


Assista o vídeo: Regulação da Expressão Gênica em Eucariotos (Junho 2022).


Comentários:

  1. Auhert

    Você concorda, seu pensamento é simplesmente excelente

  2. Charleson

    Também há outras falta

  3. Camden

    Sua frase é ótima

  4. Heathleah

    O post me fez pensar que deixei muito o que pensar ...



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