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Nanotecnologia

Células vivas guardam dados e fazem computação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/10/2019

Células vivas guardam dados e fazem computação
As memórias guardadas nas células vivas podem ser lidas sem destruir a célula.
[Imagem: MIT]

Biocomputação

Usando uma técnica capaz de editar com precisão as bases de DNA, pesquisadores do MIT criaram uma maneira de armazenar memórias complexas no DNA de células vivas, incluindo células humanas.

O novo sistema de biocomputação pode ser usado para registrar a intensidade, duração, sequência e temporização de vários eventos na vida de uma célula, como a exposição a determinados produtos químicos.

Assim, essa capacidade de armazenamento de memória pode atuar como a base de circuitos complexos, nos quais um evento, ou uma série de eventos, desencadeia outro evento, como a produção de uma proteína fluorescente, para emitir um alerta ou fazer um diagnóstico.

"Esta plataforma nos dá uma maneira de codificar operações de memória e lógica nas células de maneira escalonável," disse o professor Fahim Farzadfard. "De forma semelhante aos computadores baseados em silício, para criar formas complexas de lógica e computação precisamos ter acesso a grandes quantidades de memória".

As aplicações para esses biocircuitos de memória complexos incluem o rastreamento de alterações que ocorrem de geração em geração, à medida que as células se diferenciam, ou a criação de sensores que podem detectar e possivelmente tratar células doentes.

O sistema usa uma variante da enzima CRISPR-Cas9, que produz mutações mais bem definidas porque modifica e armazena diretamente informações em bases de DNA, em vez de cortar o DNA e esperar que as células reparem os danos. E isso funciona em células humanas e bacterianas.

"Este trabalho tenta superar todas as limitações dos anteriores," disse o professor Timothy Lu. "Isso nos aproxima muito da visão definitiva, que consiste em ter sistemas de memória robustos, altamente escalonáveis e definidos, semelhantes à maneira como um disco rígido funcionaria".

Células vivas guardam dados e fazem computação
Esquema da biocomputação feita nas células vivas.
[Imagem: Fahim Farzadfard et al. - 10.1016/j.molcel.2019.07.011]

Detectar e tratar doenças

A maioria das versões anteriores do armazenamento de memória celular exigia que as memórias armazenadas fossem lidas sequenciando o DNA. No entanto, esse processo destrói as células, de modo que nenhum outro experimento pode ser feito com elas. Nesta nova técnica, os circuitos têm como saída final a ativação do gene que controla a produção da proteína verde fluorescente (GFP), ou seja, o resultado sai na forma de um sinal luminoso, deixando a célula intacta.

A tecnologia pode ser usada para criar células imunológicas - em cobaias, possivelmente - que produzam GFP quando certas moléculas de sinalização são ativadas, que poderão ser analisadas a partir de amostras de sangue.

Outra aplicação possível é projetar circuitos que possam detectar a atividade gênica ligada ao câncer, dizem os pesquisadores.

Esses circuitos também podem ser programados para ativar genes que produzam moléculas para combater a doença. "Essas são aplicações que podem estar mais distantes do uso no mundo real, mas certamente são habilitados por esse tipo de tecnologia," disse Lu.

Bibliografia:

Artigo: Single-Nucleotide-Resolution Computing and Memory in Living Cells
Autores: Fahim Farzadfard, Nava Gharaei, Yasutomi Higashikuni, Giyoung Jung, Jicong Cao, Timothy K. Lu
Revista: Molecular Cell
DOI: 10.1016/j.molcel.2019.07.011






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