Eadweard Muybridge foi um pioneiro do cinema e da observação científica. Seu icônico clipe de um cavalo galopando foi famoso por fazer uma aposta sobre se o animal levantava os quatro cascos do chão quando em movimento.
Mais de 130 anos após essa descoberta, Muybridge está no centro de outra, já que os cientistas codificaram com sucesso este filme icônico no DNA de células vivas. O resultado é um chamado GIF orgânico, e é o primeiro passo para o que os pesquisadores se referem como um gravador molecular, capaz de existir, observar e capturar informações dentro das células vivas.
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Queremos transformar células em historiadores, explicou o neurocientista Seth Shipman, geneticista da Harvard Medical School. Imaginamos um sistema de memória biológica que é muito menor e mais versátil do que as tecnologias de hoje, que rastreará muitos eventos de forma não intrusiva ao longo do tempo.
Usando a tecnologia de edição de genes CRISPR, cientistas financiados pelo National Institutes of Health (NIH) decidiram provar que qualquer informação sequencial arbitrária - não apenas informação genética - poderia ser codificada em um genoma. Eles primeiro fizeram isso com uma única imagem, de uma mão humana, e com a ajuda das defesas imunológicas de uma bactéria.
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(Acima: à esquerda está a imagem de uma mão humana, que foi codificada em nucleotídeos e capturada pelo sistema de adaptação CRISPR-Cas em bactérias vivas. À direita está a imagem após várias gerações de crescimento bacteriano, recuperada por sequenciamento de genomas bacterianos . Crédito: Seth Shipman)
Quando uma bactéria é atacada por um vírus, suas células produzem enzimas para cortar e processar o código genético do vírus. Ele faz isso para lembrar o invasor, pegando uma parte do código genético do vírus e adicionando-o ao seu próprio genoma, como colocar cabeças em lanças. Conforme o tempo passa, o genoma da bactéria cresce, mais código genético de vírus é adicionado e mais cabeças são empilhadas na lança.
Shipman e seus colegas hackearam esse processo usando o sistema CRISPR. CRISPR-Cas9 é a proteína no sistema imunológico da bactéria que corta o código genético do vírus, enquanto Cas1 e Cas2 são as proteínas que inserem o DNA viral no genoma. Crucialmente, essas proteínas adicionam o DNA na ordem em que são encontradas, o que significa que os cientistas poderiam alimentar as fitas sintéticas de DNA de E. coli, especialmente projetadas com informações sequenciais - que podem então ser decodificadas e transformadas em uma imagem ou uma série de quadros em uma animação. Para obter mais informações, leia nosso explicador completo no CRISPR.
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Embora codificar um curta-metragem em DNA seja impressionante, os cientistas não planejam criar algum tipo de aplicativo Netflix de nível celular. O clipe de Muybridge pretende mostrar o escopo do sistema CRISPR para transformar células vivas em dispositivos de gravação, extraindo informações de seus arredores e mantendo um registro sequencial dentro de seu genoma. Isso poderia ser usado em tudo, desde a modelagem de doenças até o monitoramento do nível de poluentes no solo.
Uma aplicação particularmente interessante é a neurologia. Shipman se formou como neurologista e acredita que a tecnologia pode desempenhar um papel importante em como os pesquisadores desvendam os mistérios do cérebro - registrando a atividade cerebral e o desenvolvimento de dentro do cérebro. Enquanto as técnicas cinematográficas de Muybridge permitiam aos humanos ver o que era imperceptível ao olho humano, os gravadores moleculares também poderiam nos dar um vislumbre do que até agora estava oculto.
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Queremos usar neurônios para registrar uma história molecular do cérebro durante o desenvolvimento, disse Shipman. Esse gravador molecular nos permitirá eventualmente coletar dados de cada célula do cérebro de uma vez, sem a necessidade de obter acesso, para observar as células diretamente ou interromper o sistema para extrair material genético ou proteínas.
Enquanto o Muybridge GIF é a primeira vez que um filme foi codificado no DNA de células vivas, outros cientistas já trataram os circuitos genéticos como arquivos ZIP orgânicos. Em março, um par de pesquisadores do New York Genome Center publicou um relatório no Ciência jornal, detalhando métodos para armazenar arquivos compactados em moléculas de DNA.
Com a ajuda de um algoritmo para traduzir os arquivos em um código binário que pode ser mapeado nas bases de nucleotídeos do DNA, os pesquisadores conseguiram codificar o total de seis arquivos: um artigo acadêmico de 1948, uma placa Pioneer, um sistema operacional, um vírus, o filme de 1895Chegada de trem na estação La Ciotat… E um vale-presente de $ 50 da Amazon.
