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TOP 10 Artigos de Biologia Molecular – JAN/21

16/02/2021

Uma super seleção dos editores do Bioestoque com os 10 artigos de destaque na área de biologia molecular para você!

Hélice Quadrupla de DNA é detectada em células humanas relacionadas à câncer

Cientistas do Imperial College de Londres conseguiram detectar hélices quádruplas de DNA – chamadas de G-quadruplex – sendo formadas naturalmente em células humanas, como publicado na revista Nature Communications. O DNA geralmente está presente em nossas células na forma de dupla-hélice, e, apesar de sabermos que em testes laboratoriais ele pode assumir outras conformações, poucas são vistas em organismos vivos. O time multidisciplinar formado por biólogos, químicos e físicos desenvolveu uma sonda capaz de detectar essa conformação peculiar em células humanas vivas.
As conformações G-quadruplex são vistas em maior quantidade em células cancerígenas, portanto, acredita-se que possuam um papel importante no desenvolvimento da doença. A nova sonda, chamada de DAOTA-M2, interage com as hélices quádruplas liberando fluorescência. Ben Lewis, do Departamento de Química do Imperial College disse ao jornal local: “Uma estrutura de DNA diferente terá um enorme impacto em todos os processos que a envolvem – como transcrição, replicação ou tradução. Já existem evidências que os G-quadruplex desenvolvam um papel importante em uma grande variedade de processos vitais para a vida, e em uma larga gama de doenças, mas o elo que faltava era visualizar essas estruturas em células vivas”.
Eles também avaliaram interações das hélices quádruplas com outras moléculas, como as helicases, que são responsáveis por dissociar a fita de DNA. Eles encontraram que, na ausência de helicases, a quantidade de hélices quádruplas aumenta. Essa descoberta é um indicativo que as helicases possuem um papel em dissociar e quebrar as conformações quádruplas. O desenvolvimento dessa sonda poderá auxiliar no desenvolvimento de tratamentos que terão como objetivo prevenir o surgimento desse tipo de estrutura.

Fonte: Summers, P.A., Lewis, B.W., Gonzalez-Garcia, J. et al. Visualising G-quadruplex DNA dynamics in live cells by fluorescence lifetime imaging microscopy. Nat Commun 12, 162 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20414-7

Cientistas descobrem mais um mecanismo de troca de material genético entre plantas

Além do DNA nuclear – que possui as informações para a formação de um indivíduo – a maioria dos seres vivos também possuem estruturas organelares que possuem DNA próprio. Essas estruturas organelares são as mitocôndrias, que participam no processo de conversão de energia para a célula, e os cloroplastos, essenciais no processo de fotossíntese. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Fisiologia Molecular de Plantas mostraram pela primeira vez como a troca desse material genético pode ocorrer entre duas plantas submetidas ao processo de enxerto. Os resultados foram publicados na revista Science Advances.
Utilizando técnicas de microscopia em tempo real, os pesquisadores observaram a ocorrência de mudanças estruturais nas paredes das células na região do enxerto. As paredes celulares formam protuberâncias, criando junções entre as duas plantas. Tais junções possibilitam a migração de plasmídeos inteiros de uma célula para outra. Com o uso de proteínas fluorescentes específicas para plasmídeos, eles observaram que para passar pelo processo de migração os plasmídeos se encolhem e se tornam móveis. Após alcançarem o tecido alvo, retornam ao tamanho normal. A descoberta pode ajudar a elucidar os mecanismos de evolução em plantas.
Fonte: Alexander P. Hertle, Benedikt Haberl, Ralph Bock. Horizontal genome transfer by cell-to-cell travel of whole organelles. Science Advances, 2021; 7 (1): eabd8215 DOI: 10.1126/sciadv.abd8215

Anticorpo que neutraliza os quatro sorotipos do vírus da Dengue é encontrado

Um grupo de pesquisadores das universidades da Califórnia, Berkley e Michigan encontraram um anticorpo capaz de se ligar de maneira específica aos quatro sorotipos do vírus da Dengue. O anticorpo, chamado 2B7, se liga fisicamente à proteína NS1, essencial para a infecção viral. Como o anticorpo se liga diretamente à proteína e não à espícula viral, é eficaz contra os quatro sorotipos de dengue. Os resultados foram publicados na revista Science.
O time utilizou técnicas de difração de raios-x para determinar a estrutura da proteína NS1 com o anticorpo 2B7 ligado à ela, e mostrou como o anticorpo pode auxiliar na proteção contra o vírus. Em camundongos, os anticorpos foram capazes de reduzir a viremia e aumentar a sobrevivência. O grupo também sugere que os anticorpos podem ser eficazes contra outros flavivírus, como Zika e o Vírus do Oeste do Nilo.
Fonte: Scott B. Biering, David L. Akey, Marcus P. Wong, W. Clay Brown, Nicholas T. N. Lo, Henry Puerta-Guardo, Francielle Tramontini Gomes de Sousa, Chunling Wang, Jamie R. Konwerski, Diego A. Espinosa, Nicholas J. Bockhaus, Dustin R. Glasner, Jeffrey Li, Sophie F. Blanc, Evan Y. Juan, Stephen J. Elledge, Michael J. Mina, P. Robert Beatty, Janet L. Smith, Eva Harris. Structural basis for antibody inhibition of flavivirus NS1–triggered endothelial dysfunction. Science, 2021; 371 (6525): 194 DOI: 10.1126/science.abc0476

Genes que causam resistência à antibióticos podem surgir de fragmentos aleatórios de DNA

As bactérias resistentes à antibióticos são uma ameaça a nível global. Essas bactérias possuem genes que codificam peptídeos que podem reduzir a concentração, alterar o alvo ou inativar os antibióticos, de forma que eles não mais impeçam a proliferação bacteriana. Uma vez carregando esses genes, as populações resistentes rapidamente se alastram, causando infecções e potencialmente a morte de vários pacientes. Uma das perguntas mais importantes ainda não respondidas é acerca do mecanismo por trás do surgimento destes genes resistentes.
Para estudar os mecanismos por trás do surgimento dos genes resistentes à antibióticos, um grupo de pesquisadores Suecos e Americanos realizou experimentos para determinar se tais genes poderiam surgir de fragmentos de DNA aleatórios. Os resultados foram publicados pelo grupo na revista PLOS Genetics. Para isso, aproximadamente um bilhão de fragmentos aleatórios de DNA foram colocados em plasmídeos e adicionados à bactérias do trato intestinal Escherichia coli. Enquanto a maioria dos peptídeos gerados a partir desses fragmentos não resultou em mudança alguma na biologia da bactéria, seis peptídeos diferentes causaram resistência à Colistina, um antibiótico utilizado como último recurso contra bactérias resistentes. “O estudo sugere que a evolução de novas funções a partir de DNA aleatório não seja tão rara quanto pensávamos” – diz Dan I. Andersson, responsável pelo estudo.
Fonte: Michael Knopp, Arianne M. Babina, Jónína S. Gudmundsdóttir, Martin V. Douglass, M. Stephen Trent, Dan I. Andersson. A novel type of colistin resistance genes selected from random sequence space. PLOS Genetics, 2021; 17 (1): e1009227 DOI: 10.1371/journal.pgen.1009227

Descrito o mecanismo que permite que vírus sejam infecciosos

Uma vez infectada por um vírus, as células perdem sua capacidade de exercer suas funções originais e são forçadas a produzirem apenas vírions – cópias jovens do vírus infectante. Cada vírion possui uma cópia completa do material genético (DNA ou RNA) e um capsídeo, um envoltório proteico que o protege. Porém, pouco sabemos sobre o processo de formação desses vírions.
A pesquisa, liderada por um time de pesquisadores das universidades de York e Leeds e publicada na revista PLOS Pathogens, lança luz sobre o tema e propõe uma nova abordagem sobre os possíveis meios de se parar uma infecção. As análises feitas pelos pesquisadores sugerem que os genes responsáveis pela formação dos vírions são conservados, não sofrendo mutações que poderiam vir a inviabilizar drogas. O estudo detalha a função do que chamamos de “sinais de empacotamento de RNA”, regiões do RNA viral que junto à proteínas virais garantem o sucesso no empacotamento do RNA em vírions recém formados.
Utilizando técnicas de biologia molecular e biologia matemática, os pesquisadores identificaram sítios que poderiam servir como sinais de empacotamento para o RNA, e, com o auxílio de crio-microscopia eletrônica, foram capazes de visualizar esse processo pela primeira vez. Segundo o autor, essas descobertas podem auxiliar a indústria farmacêutica a criar medicamentos que impedirão a replicação viral, assim prevenindo a doença.
Fonte: Rebecca Chandler-Bostock, Carlos P. Mata, Richard J. Bingham, Eric C. Dykeman, Bo Meng, Tobias J. Tuthill, David J. Rowlands, Neil A. Ranson, Reidun Twarock, Peter G. Stockley. Assembly of infectious enteroviruses depends on multiple, conserved genomic RNA-coat protein contacts. PLOS Pathogens, 2020; 16 (12): e1009146 DOI: 10.1371/journal.ppat.1009146

Pesquisa brasileira revela a importância do hormônio melatonina contra a infecção por COVID-19

De acordo com um estudo realizado na Universidade de São Paulo, a melatonina produzida pelos pulmões pode atuar como uma barreira contra a infecção pelo SARS-CoV-2. A melatonina bloqueia a expressão de genes em células que servem como porta de entrada para o vírus, como os macrófagos presentes no nariz e nos aovéolos pulmonares. O vírus, apesar de permanecer no trato respiratório por alguns dias, não é bem sucedido ao infectar as células.
Esse mecanismo poderia ajudar a explicar o porquê algumas pessoas diagnosticadas por RT-PCR não manifestam os sintomas clássicos relacionados à COVID-19. Além disso, a proteção natural contra a infecção por SARS-CoV-2 promovida pela melatonina abre a possibilidade de que a administração do hormônio, via gotas ou spray, poderia vir a impedir que a doença se manifeste em infectados pré-sintomáticos.
Fonte: Pedro A Fernandes, PhD; Gabriela S Kinker, PhD; Bruno V Navarro; Vinicius C Jardim, PhD; Edson D Ribeiro-Paz; Marlina O Córdoba-Moreno; Débora Santos-Silva, MSc; Sandra M Muxel; André Fujita, PhD; Carolina Borsoi Moraes, PhD; Helder I Nakaya, PhD; Marcos S Buckeridge, Prof. and Regina P Markus, PhD, Prof., “Melatonin-Index as a biomarker for predicting the distribution of presymptomatic and asymptomatic SARS-CoV-2 carriers: Lung melatonin modulates SARS-CoV-2 infection” 3 January 2021, Melatonin Research.
DOI: 10.32794/mr11250090

Um teste diagnóstico de COVID-19 sem a necessidade de amplificação, utilizando biosensores de proteínas

Cientistas da Universidade de Washington desenvolveram biosensores capazes de detectar anticorpos contra as proteínas do epítopo do SARS-CoV-2, e também biosensores capazes de detectar o domínio de ligação ao receptor (região conhecida como RBD) do novo coronavírus. As descobertas foram publicadas na revista Nature.
Os biosensores agem como interruptores, possuindo uma conformação “ligada” e uma conformação “desligada”. Ao reconhecer o alvo de interesse, essas proteínas mudam da conformação “desligada” para “ligada”, passando a emitir luz. O resultado pode ser lido em questão de minutos. Como a interpretação do resultado não depende de etapas de amplificação de material genético – como ocorre com a RT-PCR – o novo teste dispensa a utilização de aparelhos como o termociclador, que são caros e sofrem de escasses no mercado. Segundo o autor, o projeto ilustra o poder do design de novo de proteínas na criação de dispositivos com funções úteis.
Fonte: Quijano-Rubio, A., Yeh, HW., Park, J. et al. De novo design of modular and tunable protein biosensors. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03258-z

Uso da tecnologia de edição de DNA CRISPR para diminuir reações alérgicas ao glúten do trigo e ao amendoim

O glúten é uma família de mais de 100 proteínas presentes em grãos, e são os responsáveis pela elasticidade da massa em pães e em derivados de trigo. Por isso, pessoas com doença celíaca (que faz com que sejam intolerantes à gluten) não podem consumir uma grande variedade de alimentos. A situação é semelhante no amendoim, que possui 16 proteínas que podem causar alergia.
Devido à essa natureza multi-proteica que causa a alergenicidade, o uso da seleção artificial para gerar plantas menos alergênicas é muito complexo. Para contornar isso, pesquisadores da Sociedade Americana de Agronomia utilizam melhorias recentes na técnica de CRISPR para editar múltiplos genes de uma só vez. Ao editar os genes que codificam o código para a geração das proteínas do glúten, as proteínas não mais serão produzidas como antes. Isso diminui a quantidade de glúten produzido pelas plantas. Segundo os autores, plantas com níveis de glúten menores reduziriam a exposição acidental aos agentes alergênicos, também reduzindo a severidade da reação alérgica. A pesquisa foi apresentada no American Society of Agronomy Anual Meeting.
Fonte: Rustgi, Sachin. 2020 ASA-CSSA-SSSA Annual Meeting. https://scisoc.confex.com/scisoc/2020am/prelim.cgi/Paper/127096

A ferramenta TALEN edita regiões de heterocromatina com maior eficiência que CRISPR-Cas9

CRISPR é uma ferramenta poderosa que revolucionou a engenharia genética, por sua capacidade de editar regiões do DNA com uma incrível acurácia. Com ela, é possível remover, inserir ou substituir regiões de DNA. Cientistas da Universidade de Illinois descobriram que uma outra técnica, chamada TALEN, é mais eficiente que o CRISPR em alterar regiões de DNA altamente condensado, chamada heterocromatina. Doenças como a síndrome do X frágil, anemia falciforme e talassemia beta são causadas por alterações nessas regiões.
Utilizando sondas fluorescentes e microscopia eletrônica de molécula única, os pesquisadores mediram quanto tempo levaria pelas moléculas para se mover pelo DNA e fazer as alterações nos sítios-alvo. Eles observaram que a técnica TALEN pode ser até cinco vezes mais eficiente que o CRISPR para realizar as alterações nas regiões altamente compactadas, o que sugere que diferentes técnicas de edição são necessárias para alterar diferentes partes do genoma. Os resultados foram publicados na revista Nature Communications.
Fonte: Surbhi Jain, Saurabh Shukla, Che Yang, Meng Zhang, Zia Fatma, Manasi Lingamaneni, Shireen Abesteh, Stephan Thomas Lane, Xiong Xiong, Yuchuan Wang, Charles M. Schroeder, Paul R. Selvin, Huimin Zhao. TALEN outperforms Cas9 in editing heterochromatin target sites. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20672-5

Proteína gerada através de terapia gênica faz camundongos paralíticos andarem novamente

Para realizar um movimento, o cérebro envia sinais elétricos até os membros através dos nervos. Eles são responsáveis por transportar a informação do cérebro até os membros, e por trazer as informações percebidas pela pele até o cérebro. Quando essa conexão é interrompida, seja por um acidente ou por uma doença, o contato do cérebro com as extremidades é prejudicado, levando à paralisia e dormência, muitas vezes irreversíveis. Pela primeira vez, cientistas foram capazes de regenerar as células nervosas e reestabelecer essa conexão.
Para isso, os pesquisadores da Ruhr-University Bochum utilizaram uma proteína chamada hiper-leucina-6. Ela não ocorre de forma natural, por isso, precisou ser produzida através de engenharia genética. Para isso, utilizaram um vetor viral com as informações para a produção da proteína, que foram entregues em células chamadas motoneurônios. Uma vez produzida, a inter-leucina-6 estimula a regeneração das células nervosas. Com o tratamento, camundongos paralíticos voltaram a andar após três semanas. Agora, os pesquisadores estão investigando se a interleucina teria efeitos positivos, mesmo após várias semanas depois do trauma. “Esse aspecto seria particularmente relevante para a aplicação em seres humanos” – diz Fischer, um dos autores.
Fonte: Marco Leibinger, Charlotte Zeitler, Philipp Gobrecht, Anastasia Andreadaki, Günter Gisselmann, Dietmar Fischer. Transneuronal delivery of hyper-interleukin-6 enables functional recovery after severe spinal cord injury in mice. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20112-4

 

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