ESTOU NO CAMINHO: Pesquisadores relatam nova abordagem para Seqüenciamento Eletrônico de uma única molécula de DNA

O sequenciamento de DNA é o núcleo por trás de descobertas importantes na medicina e na biologia. Por exemplo, a seqüência completa do genoma de um indivíduo fornece importantes indicadores e diretrizes para o diagnóstico médico e de saúde. Até agora, o principal obstáculo tem sido o custo e a velocidade de obtenção de sequências de DNA de alta precisão. Embora numerosos avanços tenham sido feitos nos últimos 10 anos, os instrumentos mais atuais de alto rendimento de sequenciação dependem de técnicas óticas para a detecção dos quatro blocos de construção de DNA: A, C, G e T. Para melhorar ainda mais a capacidade de medição, foi desenvolvida a sequenciação de DNA eletrônica a partir de um conjunto de moldes de DNA. 

Recentemente, foi demonstrado que o DNA pode ser introduzido através de poros de proteína em nanoescala sob uma corrente elétrica aplicada para produzir sinais eletrônicos a nível de uma única molécula. No entanto, devido aos quatro nucleotídeos serem muito semelhantes nas suas estruturas químicas, eles não podem ser facilmente distinguidos utilizando esta técnica. Assim, a pesquisa e desenvolvimento de uma plataforma de sequenciamento de uma única molécula de DNA de forma eletrônica é uma área ativa de investigação e tem o potencial de produzir um sequenciador de DNA capaz de decifrar o genoma para a medicina personalizada e de investigação biomédica básica.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Columbia, dirigida pelo Dr. Jingyue Ju (Samuel Ruben-Peter G. Viele Professor de Engenharia, professor de Engenharia Química e Farmacologia, diretor do Centro de Tecnologia e Engenharia Biomolecular do Genoma), com os colegas no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), liderada pelo Dr. John Kasianowicz (membro da Sociedade americana de Física), desenvolveram uma nova abordagem para a seqüência de DNA em nanoporos eletronicamente a nível de uma única molécula com uma única base de resolução. Este trabalho, intitulado “PEG-Labeled Nucleotides and Nanopore Detection for Single Molecule DNA Sequencing by Synthesis” já está disponível em Scientific Reports (2, 684 DOI:10.1038/srep00684, 2012) do grupo da Nature.

Esquema de sequenciamento de uma única molécula de DNA por um nanoporo com nucleotídeos marcados com fosfato. Cada um dos quatro nucleótidos irá carregar uma marcação diferente. Durante o sequenciamento, estas etiquetas, ligada através do terminal-fosfato do nucleótido, vai ser libertado para o nanoporo, quando vai produzir assinaturas únicas para a determinação da sequência. Uma grande variedade de tais nanoporos levará a sequenciação de DNA de alto rendimento.

Fonte: engineering.columbia.edu

Experimento em laboratório da Universidade da Flórida corrige previsão na teoria quântica

GAINESVILLE, Flórida - Uma equipe internacional de cientistas está reescrevendo uma página do livro de regras da física quântica usando um laboratório da Universidade da Flórida (UF), uma vez apelidado o local mais frio no universo.

Muito do que sabemos sobre a mecânica quântica é teórico e testado através de modelos de computador porque os sistemas quânticos, como elétrons orbitando em volta do núcleo de um átomo, são difíceis de definir em observação.

Pode-se, no entanto, diminuir a velocidade das partículas e capturá-las no momento quântico submetendo-os a temperaturas extremamente baixas.

Uma nova pesquisa, publicada na edição de 20 de setembro da revista Nature, descreve como esta abordagem de imagem congelada foi recentemente utilizada para derrubar uma regra de ouro aceita na teoria quântica.

"Estamos na era da mecânica quântica", disse Neil Sullivan, um professor da UF de física e diretor do National High Magnetic Field Laboratory High B/T Facility no campus da UF - lar do laboratório Microkelvin onde os experimentos podem ser realizados em temperaturas próximas do zero-absoluto. "Se você fez uma ressonância magnética, você fez uso de uma tecnologia quântica."

Lab Microkelvin

O imã que equipa um scanner de uma ressonância magnética é uma bobina supercondutora transformado em um estado quântico por hélio líquido muito frio. Dentro da bobina a corrente elétrica flui sem resistência.

Imãs quânticos e outras ocorrências estranhas, quase de outro mundo na mecânica quântica poderiam inspirar os próximos grandes avanços em computação, de energia alternativa e tecnologias de transporte como trens magnéticos levitando, disse Sullivan.

É aí que o laboratório Microkelvin aparece. Ele é uma das poucas instalações no mundo equipadas para oferecer as temperaturas extremamente frias necessárias para retardar o que Sullivan chama de "desregrado" mundo de sistemas quânticos em temperaturas normais para um ritmo administrável onde pode ser observado e manipulado.

"A temperatura ambiente é de aproximadamente 300 kelvin", disse Sullivan."A temperatura do hidrogênio líquido bombeado para um foguete no Kennedy Space Center é de 20 kelvin."

Os físicos precisam esfriar as coisas para um millikelvin, um milésimo de kelvin acima do zero absoluto, ou  -459,67 graus Fahrenheit (-273,15 °C), para trazer a matéria para um reino diferente, onde propriedades quânticas podem ser exploradas.

Um estado fundamental da mecânica quântica que os cientistas estão interessados ​​em entender mais plenamente é uma fase frágil, efêmera da matéria chamado de Condensado de Bose-Einstein. É uma condição difícil de induzir em um ambiente de laboratório, mas que os pesquisadores precisam explorar para verem se a tecnologia está completa para adentrar nas minúcias das propriedades do mundo quântico.

Dois teóricos, Tommaso Roscilde da Universidade de Lyon, França, eYu Rong da Universidade Rice, em Houston, desenvolveram as ideiassubjacentes ao estudo e pediram a um colega, Armando Paduan-Filho, da Universidade de São Paulo, no Brasil, para projetar aamostra cristalina utilizada na experiência.
"Nossas medições definitivamente testaram uma previsão importante sobre um determinado comportamento em um condensado de Bose-Einstein", disse Vivien Zapf, um cientista da equipe do National High Magnetic Field Laboratory em Los Alamos e uma força motriz por trás da colaboração internacional.

O experimento acompanhou a rotação atômica (spin) de partículas subatômicas chamadas bósons no cristal para ver quando a transição para o Bose-Einstein foi atingido, e então mais arrefecida a amostra para documentar o ponto exato onde as propriedades condensado decaiu. Eles observaram o fenômeno esperado quando resfriaram a amostra para uma temperatura de um millikelvin.

O cristal utilizado no experimento foi dopado com impurezas, em um esforço para aproximar de um cenário do mundo real, Zapf disse. "É bom saber o que acontece em amostras puras, mas o mundo real, é confuso e precisamos saber o que as regras quânticas são nessas situações."

"Todo o mundo deve estar vendo o que acontece quando descobrimos propriedades de sistemas a estas temperaturas extremamente baixas", disse Sullivan.
Suas descobertas literalmente reescreveram as regras para prever as condições em que a transição poderia ocorrer entre os dois estados quânticos.

Créditos

Escritor

Donna Hesterman, donna.hesterman @ ufl.edu

O tamanho realmente importa: os polifenóis em nanoforma apresentam efeitos antioxidantes invertidos

(fonte: University of Bradford)

Produtos químicos naturais encontrados no chá são conhecidos como tendo um potencial para o tratamento e prevenção de um número de cânceres humanos, mas os seus efeitos podem ser alterados quando são utilizados na sua forma de nanopartículas, advertir investigadores da Universidade de Bradford.

Um estudo, publicado online em 04 de setembro de 2012 em  Nanomedicina,  compararam as propriedades de polifenóis em diferentes formas sobre as células brancas do sangue retiradas de pacientes com câncer colorretal e de voluntários saudáveis. 

Constatou-se que as propriedades anti-oxidantes destas substâncias podem serem invertidas quando são utilizados na sua forma de nanopartículas. Antioxidantes previnem danos ao DNA e a outras moléculas, danos esses que podem ser causados ​​por radicais livres.

Liderados pelo professor Anderson Diana da  Escola de Ciências da Vida de Bradford, a pesquisa comparou as respostas antioxidantes de dois polifenóis, chamados ECGC e theaflavins. Estes foram fornecidos pelo Dr. Gupta, diretor do Instituto Indiano de Pesquisa Toxicologia (IITR). Os resultados mostraram que, quando usado na forma a builk, estes polifenóis exibiram as suas respostas antioxidantes previstos, mas quando em nanoformato, em concentrações mais elevadas teve o efeito reverso e exibiu estatisticamente efeitos pró-oxidantes, o que pode causar danos ao DNA.

"Nós não esperávamos essas mudanças", diz o professor Anderson. "Quando meu aluno de doutorado veio a mim com os resultados, ele assumiu que tinha cometido um erro, mas ocorreu-me que eu tinha visto isso acontecer antes - num estudo publicado em 1994 descrevendo um interruptor dose-dependente em Vitamina C na presença de peróxido de hidrogênio. Na época, eu não pensava muito sobre isso, mas esta é a primeira vez que eu vi isso acontecer com o nanoforma de um composto. "

Durante a pesquisa, os linfócitos (um tipo de células brancas do sangue) foram tratados com as drogas quimioterapêuticas à base de platina: oxaliplatina e satraplatina. Estas drogas se ligam a DNA de forma eficiente, a formando de uma variedade de ligações que impedem a replicação e transcrição de bloco, e sinalizam as vias de  provocam a morte de células cancerosas. Ao mesmo tempo, os linfócitos foram tratadas com os polifenóis, quer em suas formas gerais e seus em nanoformato. As modificações relativas em danos no ADN causados ​​por diferentes formas e concentrações de polifenóis foram medidos pelos testes de ensaio.

"Não está claro por que essa troca acontece", diz o professor Anderson. "Pode ser dependente do composto e do tipo de câncer sob investigação. E, claro,  in vivo  as pesquisas podem mostrar resultados diferentes novamente. Mas é certo que existe o interesse em entender como estes polifenóis antioxidantes nem sempre se comportam como quimiopreventivos. A Nanotecnologia precedeu a nanotoxicologia por um número de anos e nós nanotoxicologistas estamos tendo que se recuperar. "

O estudo pode ter implicações para o desenvolvimento de novos medicamentos com base na nanotecnologia. As propriedades antioxidantes dos polifenóis do chá são bem documentados, e há uma grande quantidade de pesquisas que estão sendo realizadas para aproveitar essas propriedades e aplicá-las em novos medicamentos. No entanto, estudos como esse mostram que a nanotecnologia enquanto tem demonstrado enorme benefício em muitas áreas da ciência, a sua aplicação na medicina pode não ser tão simples.

"A utilização de substâncias químicas em nanoformas está sendo cada vez mais analisada num esforço para aumentar a eficácia de medicamentos, mas este estudo mostra que a nanoforma nem sempre produz uma resposta mais eficaz. Neste caso, sugere-se que a forma geral dos polifenóis do chá é mais útil como quimiopreventivo. "

O estudo wass publicado em 4 de setembro, na  Nanomedicina  e foi financiado pelo Reino Unido e pelo Instituto Indiano de Pesquisa pelos professores Alok Dhawan (ITR) e Anderson Diana, da Universidade de Bradford.