Os investigadores identificaram proteínas de ligação ao ADN até então desconhecidas em alguns dos locais mais extremos da Terra e demonstraram que podem melhorar os testes médicos rápidos utilizados para detectar doenças infecciosas.
A equipe internacional foi liderada pela Universidade de Durham e incluiu colaboradores na Islândia, Noruega e Polônia. Os cientistas examinaram material genético recolhido em lagos vulcânicos na Islândia e em fontes hidrotermais profundas localizadas a mais de dois quilómetros abaixo do Oceano Atlântico Norte.
Minerando a Diversidade Genética da Natureza
A natureza é uma das fontes mais ricas de enzimas úteis, mas muitas permanecem desconhecidas. Para descobrir novos candidatos, os investigadores usaram sequenciação de ADN de última geração para digitalizar enormes bases de dados contendo milhões de potenciais sequências de proteínas.
Ao analisar esta vasta quantidade de informação genética, a equipa identificou proteínas até então desconhecidas que se ligam ao ADN de cadeia simples. Estas proteínas também mostraram uma capacidade incomum de permanecerem estáveis sob condições extremas, incluindo temperaturas muito altas, níveis extremos de pH e ambientes altamente salgados.
Proteínas robustas com potencial biotecnológico
As proteínas recentemente identificadas foram examinadas detalhadamente usando uma série de métodos laboratoriais. Os cientistas descobriram que estas moléculas são excepcionalmente duráveis, com forte estabilidade térmica que as torna adequadas para aplicações em biotecnologia e medicina.
Os pesquisadores também determinaram as estruturas tridimensionais das proteínas em alta resolução. Esta informação estrutural fornece informações sobre como as moléculas funcionam e abre a porta para refiná-las através do design de proteínas.
Melhorando os testes de diagnóstico rápido
Descobriu-se que uma das proteínas de ligação ao DNA recentemente descobertas melhora os testes de diagnóstico que usam amplificação isotérmica mediada por loop (LAMP). Esses testes detectam material genético de vírus, bactérias ou parasitas sem a necessidade de equipamentos laboratoriais complexos.
Quando a nova proteína foi adicionada, os testes LAMP tornaram-se mais rápidos e mais sensíveis. Esta melhoria ajudou a aumentar a detecção de RNA viral de patógenos como o SARS-CoV-2, bem como de DNA de outros agentes infecciosos.
Os resultados demonstram o potencial de ambientes extremos como fonte de ferramentas biológicas valiosas.
O investigador principal do estudo, Professor Ehmke Pohl da Universidade de Durham, disse:”Este trabalho destaca o enorme potencial da bioprospecção de habitats extremos. Os resultados não são importantes apenas para a bioeconomia, mas também fornecem a base para todos os métodos de Inteligência Artificial (IA) na previsão da estrutura de proteínas e no design de proteínas. “
Aplicações em biotecnologia e design de proteínas orientadas por IA
As empresas de biotecnologia procuram continuamente enzimas que possam funcionar de forma confiável sob condições exigentes. As proteínas encontradas em locais como fontes termais ou respiradouros oceânicos profundos são particularmente promissoras porque funcionam naturalmente em ambientes hostis.
Essas descobertas também podem contribuir para pesquisas mais amplas em previsão e design de proteínas. Os sistemas de inteligência artificial que modelam estruturas proteicas beneficiam-se de grandes e diversos conjuntos de exemplos biológicos reais.
Procurando por mais proteínas e novos diagnósticos
Os investigadores continuam a investigar proteínas adicionais de ligação ao ADN, e vários candidatos promissores já foram identificados. Os cientistas também estão a desenvolver versões melhoradas das proteínas e a conceber novos testes LAMP destinados a doenças tropicais negligenciadas, incluindo a leishmaniose e a doença de Chagas. Este trabalho está sendo realizado em colaboração com pesquisadores do Departamento de Biociências da Universidade de Durham.
A equipe também está trabalhando com a empresa norueguesa de biotecnologia ArcticZymes para explorar potenciais usos comerciais para as proteínas recém-descobertas.
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