Método inspirado em Jurassic Park preserva DNA em polímero que lembra o âmbar

A pesquisa foi publicada no último dia 12 na revista científica Journal of the American Chemical Society.

As técnicas atuais de armazenagem de DNA envolvem temperaturas baixas, o que consome muita energia e não é prático em várias partes do mundo. Já o polímero de âmbar pode manter o material conservado em temperatura ambiente, protegendo as moléculas de danos que podem ser causados pelo calor ou água.

"Congelar o DNA é o modo principal de preservá-lo, mas é muito caro, e não é modulável", diz James Banal, pós-doutorando do MIT e um dos autores do estudo, em comunicado. "Acredito que nosso método de preservação será uma tecnologia que conduzirá o futuro de armazenamento de informações digitais de DNA."

O DNA é estável, relativamente fácil de sintetizar e sequenciar, além de ser adequado para armazenar grandes quantidades de informação, incluindo as digitais. Os sistemas destes codificam textos, fotos e outros tipos de dados como uma série de 0s e 1s. A mesma informação pode ser codificada no DNA usando os quatro nucleotídeos que compõem o código genético, como A, T, G e C, por exemplo. Segundo o estudo, G e C poderiam representar 0, e A e T, o número 1.

Em 2021, Banal e seu orientador, Mark Bathe, professor de engenharia biológica do MIT, desenvolveram uma forma de conservar DNA em partículas de sílica, que podem ser rotuladas com marcações que revelam o conteúdo das partículas. Esse sistema de armazenamento, no entanto, leva vários dias para penetrar o DNA dessas partículas e, para removê-las, é necessário usar ácido hialurônico, possivelmente colocando os pesquisadores em perigo no processo.

Eles começaram então a estudar novas possibilidades. A primeira ideia foi utilizar um tipo de polímero conhecido como termofixo degradável, uma forma de polímero que fica sólido ao ser aquecido. O material tem conexões que podem ser cortadas com facilidade, permitindo que o polímero seja deteriorado de forma controlada.

"Com esses termofixos que podem ser desconstruídos, dependendo nos ligamentos divisíveis que colocamos neles, podemos escolher como queremos degradá-los", afirma Jeremiah Johnson, coautor da pesquisa e professor de química do MIT.

Os pesquisadores identificaram uma combinação de três monômeros que poderiam se transformar em polímeros que dissolvem o DNA ao ajudá-lo a interagir com o estireno. Assim, formam-se complexos esféricos com DNA carregado no centro e grupos hidrofóbicos que criam uma camada externa que interagem com a substância. Quando aquecida, a solução se torna um bloco sólido embutido com complexos de DNA.

O método ganhou o nome de T-REX (Thermoset-REinforced Xeropreservation) e demora algumas horas mas, de acordo com os autores, esse tempo pode diminuir com maior otimização. Para liberar o DNA, eles primeiro acrescentaram cisteamina, que abre caminho para as conexões que seguram o termofixo de poliestireno, o quebrando em pedaços menores. Um detergente chamado SDS pode ser adicionado para remover o DNA do poliestireno sem danificá-lo.

Com esses polímeros, os cientistas do MIT mostraram que é possível encapsular o DNA de qualquer tamanho, de dezenas de nucleotídeos a um genoma humano inteiro. Para o estudo, codificaram o DNA com a Proclamação de Emancipação dos Estados Unidos, o logo da faculdade e a música tema de Jurassic Park.

Após o DNA ser armazenado e, então, removido, foi sequenciado. Não foram encontrados erros, o que é essencial para qualquer sistema de armazenamento digital de dados.

O estudo também revela que o polímero termofixo pode proteger o DNA de temperaturas até 75ºC. Atualmente, os autores estão focados em simplificar o processo de criação dos polímeros e formá-los em cápsulas de armazenamento de longo termo.

"A ideia é, por que não preservamos um registro master da vida para sempre?", questiona Banal. "Daqui a 10 ou 20 anos, quando a tecnologia tiver avançado mais do que poderíamos imaginar hoje, poderemos aprender mais e mais coisas. Ainda estamos na infância do entendimento do genoma e como se relaciona a doenças."