DNA se replicando é filmado pela primeira vez

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Aqui está a prova de quão longe chegamos com a ciência – pela primeira vez, os pesquisadores registraram imagens de uma única molécula de DNA se replicando, e isso está levantando questões sobre como supomos o processo.

DNA se replicando é filmado pela primeira vez

As imagens em tempo real revelaram que esta parte fundamental da vida incorpora uma quantidade inesperada de aleatoriedade, e pode forçar uma importante reavaliação de como a replicação genética ocorre sem mutações.

“É uma verdadeira mudança de paradigma e prejudica uma grande quantidade de livros didáticos”, disse um dos integrantes da equipe de pesquisadores, Stephen Kowalczykowski, da Universidade da Califórnia, Davis. “É uma maneira diferente de pensar a replicação que levanta novas questões”.

A dupla hélice de DNA consiste em duas cadeias entrelaçadas de material genético constituídas por quatro bases nitrogenadas diferentes: guanina, timina, citosina e adenina (G, T, C e A). E a replicação ocorre quando uma enzima chamada helicase desenrola e descompacta a dupla hélice em duas cadeias simples.

DNA se replicando é filmado pela primeira vez

Uma segunda enzima chamada primase anexa um “iniciador” a cada uma dessas cadeias desenroladas, e uma terceira enzima chamada DNA polimerase é anexada a este iniciador e adiciona bases extras para formar uma nova fita dupla-hélice de DNA.

Algumas surpresas surgem de poder observar a replicação diretamente. Por exemplo, as duas polimerases envolvidas na replicação (uma para cada vertente) não estão coordenadas. Eles param e começam ao acaso, mas, em geral, eles se movem na mesma velocidade média, então tudo funciona. Este modelo estocástico é bastante diferente de uma máquina coordenada e de bom funcionamento, geralmente imaginada.

O fato de que as duplas hélices copias se formam a partir de duas cadeias que correm em direções opostas significa que uma dessas vertentes é conhecida como “cadeia líder”, que se enrola primeiro, e a outra é a “cadeia atrasada”, que segue a líder. O novo material genético que está ligada a cada uma das fitas originais durante o processo de replicação é uma correspondência exata do que estava em seu parceiro original.

Você pode assistir esse processo nas novas imagens mostradas no vídeo abaixo:

Este vídeo mostra a replicação de peças individuais de dupla hélice de DNA. Esta é a primeira vez que etapas individuais na replicação do DNA – indiscutivelmente, o processo fundamental da vida na Terra – foram observadas diretamente. Cada fio incandescente é um pedaço de dupla hélice crescendo por replicação no lado esquerdo. Eles se movem a diferentes velocidades e param e recomeçam. As lacunas escuras na linha são DNA de cadeia simples, onde uma polimerase não conseguiu se conectar (o corante fluorescente apenas se liga ao DNA de cadeia dupla).

Os cientistas já assumiam há longa data que a DNA polimerases nos fios principal e de retaguarda de alguma maneira se coordenam entre si ao longo do processo de replicação, de modo que uma não se adiante em relação a outra durante o processo e cause mutações. Mas esta nova filmagem revela que não há nenhuma coordenação em jogo aqui – de alguma forma, cada vertente atua independentemente da outra, e ainda assim o resultado é uma combinação perfeita.

A equipe extraiu uma única molécula de DNA da bactéria E. coli e as observou em uma lâmina de vidro. Em seguida, eles aplicaram um corante que mostra apenas em uma dupla hélice completa, ou seja, mostra uma dupla hélice, mas não um único filamento. Isso significa que os pesquisadores poderiam seguir o progresso de duplicação de uma dupla hélice à medida que se formavam duas novas duplas hélices.

Mas o DNA bacteriano e DNA humano são diferentes e eles usam o mesmo processo de replicação, de modo que a filmagem pode revelar muito sobre o que acontece em nossos próprios corpos.

A equipe descobriu que, em média, a velocidade com que as duas vertentes replicavam era aproximadamente igual, mas, durante todo o processo, houve paradas. Essas pausas são surpreendentes, já que cada vertente agia como duas entidades separadas em suas próprias linhas de tempo.

Às vezes, a cadeia atrasada parou de sintetizar, mas o fio principal continuou a crescer. Outras vezes, uma vertente poderia começar a replicar à dez vezes sua velocidade regular – e por aparentemente nenhuma razão.

“Nós mostramos que não há coordenação entre os fios. Eles são completamente autônomos”, disse Kowalczykowski.

Os pesquisadores também descobriram que, devido a essa falta de coordenação, a dupla hélice do DNA teve que incorporar um “interruptor”, que iria entrar em ação e parar a helicase de descompactar a fim de que a polimerase pudesse alcançar.

A questão agora é que, se essas duas vertentes “funcionam de forma independente”, como sugere essa filmagem, como a dupla hélice desencaminhadora (o filamento principal) sabe como manter as coisas no caminho certo e minimizar as mutações acionando os freios ou acelerando no momento certo?

Espero que isso seja algo mais de imagens em tempo real, como esse, podem ajudar os cientistas a descobrir. E também é uma lembrança importante de que, enquanto nós, seres humanos, adoramos assumir que a natureza tem um “plano” ou um sistema, na realidade, muitas vezes é muito mais complicado.

Com esperança mais imagens em tempo real, como a desta pesquisa, ajudem os cientistas a descobrir as respostas. E isso também é um lembrete importante de que, enquanto nós, seres humanos, adoramos assumir que a natureza tem um “plano” ou um “sistema”, a realidade é muitas vezes muito mais complicada.


Pensador anônimo

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