Cientistas guardam filme e fotografia em bactérias vivas

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Estas imagens foram inseridas no genoma da bactéria Escherichia coli, e posteriormente recuperadas com uma precisão de 90%. Esta é sem dúvida mais uma demonstração da fantástica capacidade que o ADN tem para armazenamento de dados digitais.

A imagem de uma mão e este pequeno filme retirado da famosa colecção Locomoção Humana e Animal, do fotógrafo inglês, Eadweard Muybridge, foram dois pedaços de informação digital a ser inseridos no ADN de bactérias vivas, mais precisamente, de uma população de Escherichia coli (que é encontrada na flora intestinal de humanos e de outros animais). A experiência teve imenso sucesso e foi conseguida com a técnica de edição genética conhecida como CRISPR, que permite alterar e mexer no ADN.

O resultado desta experiência feita por cientistas da Universidade de Harvard, nos EUA, mostra-nos imagens introduzidas numa bactéria que foram depois recuperadas com bastante precisão. Mas como é que isto foi possível? Para que serve? Serão estas duas das questões mais colocadas.

Como? A equipa, liderada por Seth Shipman e que envolveu especialistas em genética, biologia regenerativa e “engenharia de inspiração biológica”, utilizou o sistema CRISPR para inserir imagens e um curto GIF (cinco quadros, em 36 × 26 pixels, da égua Annie G. galopando, retirados da colecção Locomoção Humana e Animal do fotógrafo Eadweard Muybridge) numa população de bactérias Escherichia coli.

Ainda que surpreendente, a introdução desta informação no ADN, não é um feito inédito. Os organismos vivos fazem-no desde sempre de forma natural, quando, por exemplo, “arquivam” a informação sobre os vírus que os invadem permitindo que essa “memória” os proteja num próximo confronto. Mas, além deste processo natural, também já foram feitas algumas experiências artificiais. Os cientistas perceberam de imediato que o ADN é um excelente meio para armazenar a informação. Para que serve? Numa microscópica célula, numa bactéria (neste caso), é possível armazenar enormes quantidades de informação.

Ao longo destes últimos anos, os cientistas têm explorado e testado o potencial deste meio de armazenagem de informação e até já conseguiram, por exemplo, introduzir no ADN, um livro inteiro, os sonetos de Shakespeare, um excerto do discurso “I Have a Dream” de Martin Luther King, um artigo científico, um filme mudo, fotografias e até um vale da Amazon. Estas experiências foram realizadas em laboratório, com pedaços de ADN, em tubos de ensaio.

Também já se conseguiu escrever informações nos genomas de células vivas, como quando foi inserida uma frase da bíblia num micróbio, as letras de uma canção e a famosa equação de Einstein (E=mc2) em bactérias. Até já foi produzido um genoma sintético de uma bactéria, criado no laboratório do famoso geneticista Craig Venter, no qual foram inseridos os nomes dos elementos da equipa de investigadores.

Mas, na maioria destes casos, a informação é inserida no genoma por inteiro. Como se estivéssemos a mover para o ADN um edifício inteiro. Desta vez, os cientistas inseriram a imagem de uma mão e o pequeno filme, tijolo a tijolo. Utilizaram os nucleótidos, os blocos construtores do ADN, para produzir um código que se relaciona com os pixels individuais de cada imagem.

Já para o GIF, as sequências foram inseridas imagem a imagem (plano a plano) ao longo do tempo, em bactérias vivas, fazendo com que encaixassem no genoma na ordem em que foram entregues. Uma vez inseridos no genoma da E. coli, os dados foram então recuperados através da sequenciação do ADN e as imagens são reconstruidas através da leitura do código atribuído.

A equipa de Seth Shipman conseguiu que as imagens fossem reconstruidas com uma precisão de aproximadamente 90%.

Esta complexa operação técnica apoiou-se no CRISPR, que é conhecido como um sistema de edição genética que usa uma ferramenta (proteína) chamada CAS9 para fazer um jogo de “corta e cola” nos genes. Neste caso, foi usado o sistema CRISPR com as ferramentas CAS1 e CAS2 que estão envolvidas na memória das bactérias, funcionando como “arquivadores” de informação que arrumam os dados no genoma.

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