Destaque
Usando redes genéticas programáveis, novo dispositivo portátil de baixo custo e fácil de usar pode informar aos usuários se a água é segura para beber
Biólogos da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos, desenvolveram um dispositivo portátil de baixo custo e fácil de usar que pode informar aos usuários – em poucos minutos – se a água é segura para beber. O novo dispositivo funciona usando redes genéticas poderosas e programáveis, que imitam circuitos eletrônicos, para executar uma série de funções lógicas.
Entre os circuitos baseados em DNA, por exemplo, os pesquisadores projetaram moléculas livres de células em um conversor analógico-digital (ADC), um tipo comum de circuito encontrado em quase todos os dispositivos eletrônicos. No dispositivo de qualidade da água, o circuito ADC processa uma entrada analógica (contaminantes) e gera uma saída digital (um sinal visual para informar o usuário). A pesquisa foi publicada na revista científica Nature Chemical Biology.
Equipado com uma série de oito pequenos ‘tubos de ensaio’, o dispositivo brilha na cor verde quando detecta um contaminante. O número de tubos que brilham depende da quantidade de contaminação presente. Se apenas um tubo brilhar, a amostra de água terá um nível de contaminação residual. Mas se todos os oito tubos brilharem, a água estará gravemente contaminada. Em outras palavras, a maior concentração de contaminação leva a um sinal mais elevado.
“Programamos cada tubo para ter um limite diferente de contaminação”, disse o Dr. Julius Lucks, pesquisador da Universidade Northwestern, que liderou a pesquisa. “O tubo com o limiar mais baixo acenderá o tempo todo. Se todos os tubos acenderem, haverá uma grande contaminação. Construir circuitos e computação de DNA programável abre muitas possibilidades para outros tipos de diagnósticos inteligentes”, reforçou o pesquisador.
O Dr. Julius Lucks é professor de Engenharia Química e Biológica na Escola de Engenharia da Universidade Northwestern e membro do Centro de Biologia Sintética. Os coautores do artigo incluem as doutorandas Jaeyoung Jung e Chloé Archuleta e o Dr. Khalid Alam – todos pesquisadores da Universidade Northwestern.
Assista ao vídeo de apresentação do projeto (em inglês):
O sistema original ROSALIND
O novo sistema baseia-se no trabalho que o professor Lucks e sua equipe publicaram na revista científica Nature Biotechnology em julho de 2020. Nesse trabalho, a equipe introduziu o ROSALIND (nomeado em homenagem à famosa química Rosalind Franklin e abreviação de “sensores de saída de RNA ativados por indução de ligante”), que poderia detectar 17 contaminantes diferentes em uma única gota de água. Quando o teste detectava um contaminante que excedia os padrões da Agência de Proteção Ambiental dos EUA, ele brilhava em verde ou não, de acordo com o resultado positivo ou negativo, sendo simples e fácil de ler.
Para desenvolver o sistema ROSALIND, os pesquisadores empregaram biologia sintética livre de células. Com a biologia sintética, os pesquisadores retiram o maquinário molecular – incluindo DNA, RNA e proteínas – das células e depois reprogramam esse maquinário para realizar novas tarefas. Na época, o Dr. Lucks comparou o funcionamento interno do ROSALIND a “papilas gustativas moleculares”.
“Descobrimos como as bactérias saboreiam naturalmente as coisas na água”, disse ele. “Elas fazem isso com pequenas ‘papilas gustativas’ de nível molecular. A biologia sintética sem células nos permite tirar essas ‘pequenas papilas gustativas moleculares’ e colocá-las em um tubo de ensaio. Podemos então ‘religá-las’ para produzir um sinal visual. Elas brilham para permitir que o usuário veja rápida e facilmente se há um contaminante na água.”
O novo ‘poder cerebral molecular’
Agora, na nova versão – apelidada de ROSALIND 2.0 – o professor Lucks e sua equipe adicionaram um ‘cérebro molecular’.
“A plataforma inicial era um biossensor, que funcionava como uma papila gustativa. Agora adicionamos uma rede genética que funciona como um cérebro. O biossensor detecta a contaminação, e aí a saída do biossensor alimenta a rede genética, ou circuito, que funciona como um cérebro para aplicar a lógica”, explicou o professor.
Os pesquisadores liofilizaram os “cérebros moleculares” reprogramados para ficarem estáveis quando armazenados e os colocaram em tubos de ensaio. Adicionar uma gota de água a cada tubo desencadeia uma rede de reações e interações, fazendo com que o pellet liofilizado brilhe na presença de um contaminante.
Para testar o novo sistema, os pesquisadores demonstraram que ele poderia detectar com sucesso os níveis de concentração de zinco, um antibiótico e um metabólito industrial. Dar o nível de contaminação – em vez de um simples resultado positivo ou negativo – é importante para informar as estratégias de mitigação, disse o Dr. Lucks.
“Depois que apresentamos o ROSALIND, as pessoas disseram que queriam uma plataforma que também pudesse fornecer quantidades de concentração. Diferentes contaminantes em diferentes níveis requerem estratégias diferentes. Se você tiver um baixo nível de chumbo na água, por exemplo, poderá tolerá-lo lavando a linha de alimentação da água antes de usá-la. Mas se você tem níveis altos, então você precisa parar de beber a água imediatamente e substituir a linha de alimentação da água”.
Acesse o artigo científico completo (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade Northwestern (em inglês).
Fonte: Amanda Morris, Universidade Northwestern. Vídeo: Divulgação, Universidade Northwestern.
Os comentários constituem um espaço importante para a livre manifestação dos usuários, desde que cadastrados no Canal Ambiental e que respeitem os Termos e Condições de Uso. Portanto, cada comentário é de responsabilidade exclusiva do usuário que o assina, não representando a opinião do Canal Ambiental, que pode retirar, sem prévio aviso, comentários postados que não estejam de acordo com estas regras.
Por favor, faça Login para comentar