Dispositivo microfluidic para acelerar a inserção de DNA em bactérias, o avanço da engenharia genética

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Para proceder com a Engenharia Genética de qualquer organismo é necessário primeiro fazer com que as suas células aceitem DNA alheio. Para fazer isso, os cientistas, muitas vezes, realizam um processo chamado electroporação, no qual eles expõem as células a um campo eléctrico.

Se esse campo é apenas a magnitude certo, abrirá os poros dentro da membrana celular, através dos quais o DNA pode fluir. Mas pode levar os cientistas meses ou mesmo anos para descobrir as condições exatas de campo elétrico reversível desbloquear os poros de uma membrana.

Um novo dispositivo microfluidic desenvolvido por engenheiros do MIT pode ajudar os cientistas rapidamente em casa no campo elétrico "sweet spot" — o leque de potenciais elétricos que abrirá inofensivamente e temporariamente a membrana poros deixar DNA. Em princípio, o dispositivo simples podia ser usado em qualquer micro-organismo ou celular, acelerando significativamente ao primeiro passo na engenharia genética.

Buie e seus colegas, incluindo pós-doutorado professor Jeffrey Moran e Paulo Garcia, estudante de pós-graduação tainara Ge, publicaram seus resultados esta semana no jornal de relatórios científicos.

Atualmente, os cientistas podem encomendar vários sistemas de eletroporação – instrumentos simples que vêm com um conjunto de instruções para penetrar as membranas celulares do organismo. Cada sistema pode incluir instruções para cerca de 100 diferentes organismos, como cepas de bactérias e leveduras, cada um deles requer um único campo elétrico e o conjunto de condições experimentais para permeação. No entanto, Buie diz que o número dos organismos para os quais essas instruções são conhecidas é mas uma fração do que realmente existe na natureza.

Para eletroporação trabalhar, o campo elétrico aplicado deve ser suficientemente forte para perfurar a membrana temporariamente, mas não tão forte quanto fazê-lo permanentemente, que causaria uma célula a morrer.

Se um campo elétrico penetra uma membrana também depende de condições do ambiente da célula. Os cientistas tiveram também a experimentar com parâmetros como a composição da solução da célula e a maneira em que o campo elétrico é aplicado.

Novo dispositivo de microfluidic do grupo significativamente pode encurtar o tempo que demora para identificar estas condições ideais. O dispositivo consiste de um canal criado usando litografia macia. O canal estreita no meio. Quando um campo elétrico é aplicado ao dispositivo, geometria do canal faz com que o campo apresentam uma gama de potenciais elétricos, o mais elevado na região mais estreita do canal.

Os pesquisadores fluíam várias linhagens de células bacterianas através do dispositivo e expostas as células de um campo elétrico. Eles então adicionaram um marcador fluorescente que se acende na presença de DNA. Se as células com êxito foram permeadas pelo campo elétrico, deixam entrar o marcador fluorescente, que iluminava então em resposta ao material genético da célula. Para identificar a magnitude do potencial elétrico que foi capaz de abrir uma membrana celular, os pesquisadores simplesmente marcado a localização de cada célula fluorescente ao longo do canal.

Os pesquisadores permearam com êxito as estirpes de e. coli e Mycobacterium smegmatis, uma bactéria da mesma família como o organismo que causa a tuberculose — uma família cujas membranas, Buie diz, são "difíceis" de penetrar.

Primeiro conjunto de experimentos do grupo envolvido abrindo os poros para acolher o marcador fluorescente — uma molécula que é ligeiramente menor do que o DNA. Os pesquisadores também faz experimentos em que aplicaram um campo elétrico para as células bacterianas na presença de DNA codificado para resistência a antibióticos. A equipe verificado que as células pegou o DNA por removê-los do dispositivo e cultivá-los em um prato separado com antibióticos — um procedimento padrão, conhecido como um teste de raia. Descobriram que as células eram capazes de se reproduzir — um sinal de que o DNA foi incorporado com sucesso, e as membranas fechadas backup.

[PHYS.org]

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