Tecnologia do DNA

Trinta ciclos de PCR transformam um fragmento de DNA em cerca de um bilhão de cópias.

Copiar DNA em um tubo

A maioria das técnicas de estudo do DNA exige uma quantidade muito maior do que a presente em uma gota de sangue ou em um fio de cabelo. A reação em cadeia da polimerase, ou PCR, resolve esse problema. O NHGRI a chama de fotocópia molecular: uma forma rápida e barata de copiar um pequeno segmento escolhido de DNA. Ela segue as mesmas regras de pareamento de bases usadas pela célula. A amostra é aquecida para separar as duas fitas e depois resfriada para que pequenos fragmentos iniciadores, chamados primers, se liguem às extremidades do trecho-alvo. Em seguida, uma DNA polimerase resistente ao calor constrói uma nova fita complementar sobre cada molde. Isso completa um ciclo.

Cada ciclo pode dobrar o número de cópias, então a quantidade cresce depressa. Após 10 ciclos, uma molécula poderia gerar 2¹⁰ = 1024 cópias; após 20 ciclos, 1 048 576; e após 30 ciclos, 1 073 741 824, cerca de um bilhão. Nas reações reais, a duplicação não é perfeita, mas a ideia continua válida. Kary Mullis, que desenvolveu a PCR em 1983, recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1993. O NHGRI lista suas aplicações: grande parte do mapeamento no Projeto Genoma Humano, identificação por DNA, detecção de bactérias e vírus e diagnóstico de doenças genéticas.

Separar fragmentos por tamanho

Para ver o que uma reação produziu, os laboratórios costumam usar a eletroforese em gel. A OpenStax explica o processo. Uma placa de gel de agarose, feita de uma substância encontrada em algas marinhas, é embebida em uma solução salina. As amostras de DNA são colocadas em pequenos poços em uma das extremidades. O DNA tem carga negativa por causa dos grupos fosfato; por isso, quando uma corrente elétrica atravessa o gel, ele se desloca em direção ao eletrodo positivo. O gel funciona como um emaranhado: fragmentos pequenos passam depressa, enquanto os grandes ficam para trás. Depois de algum tempo, os menores estão mais distantes dos poços. Um corante torna as bandas visíveis.

Ler as letras e o genoma inteiro

A leitura da ordem das bases é chamada sequenciamento. Frederick Sanger desenvolveu o método de terminação de cadeia, que usa nucleotídeos levemente modificados para interromper o crescimento de uma fita nos pontos em que são incorporados. Separar os fragmentos interrompidos por tamanho revela a sequência, uma base de cada vez. Ele recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1980, e seu método foi usado no Projeto Genoma Humano. O projeto começou oficialmente em outubro de 1990 e foi concluído em abril de 2003, mais de dois anos antes do previsto. Ele cobriu cerca de 92 por cento do genoma, até onde a tecnologia da época permitia. Os 8 por cento restantes, cheios de sequências repetidas, foram concluídos pelo consórcio Telomere-to-Telomere em 2022, fornecendo uma sequência completa de 3.055 bilhões de pares de bases.

Comparar genomas mostra o quanto as pessoas se parecem. O NHGRI observa que os genomas de duas pessoas costumam ser descritos como cerca de 99.9 por cento idênticos. Com aproximadamente 3 bilhões de bases, 0.1 por cento ainda representa cerca de 3 milhões de diferenças, o suficiente para tornar o padrão de DNA de cada pessoa distinto.

Editar DNA

As ferramentas de edição do genoma funcionam como tesouras que cortam o DNA em um ponto escolhido; ali, os cientistas podem retirar, acrescentar ou substituir DNA. O NHGRI descreve o CRISPR como mais simples, rápido, barato e preciso que os métodos anteriores, e muitos cientistas que editam genomas já o utilizam. Emmanuelle Charpentier e Jennifer Doudna dividiram o Prêmio Nobel de Química de 2020 “pelo desenvolvimento de um método de edição do genoma”. Pesquisadores o usam para desativar genes específicos em animais como camundongos e peixes-zebra e descobrir o que esses genes fazem. Há tratamentos em desenvolvimento, mas o NHGRI aponta problemas ainda em aberto: às vezes as ferramentas cortam no lugar errado, e alterações em óvulos, espermatozoides ou embriões seriam transmitidas às gerações futuras. Muitos países restringem esse tipo de edição, e o NIH não financia pesquisas de edição de embriões humanos.