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Método portátil permite que cientistas identifiquem DNA de plantas no campo

A equipe da GenoRobotics emprega adesivos de microagulhas para extrair DNA de plantas.  © 2024
A equipe da GenoRobotics emprega adesivos de microagulhas para extrair DNA de plantas.

No projeto GenoRobotics da EPFL, uma equipe interdisciplinar de estudantes está desenvolvendo um novo método para identificar DNA de plantas – um método que é mais rápido, mais barato e que consome menos energia do que o método convencional. A equipa espera que o seu novo protocolo, concebido para utilização no terreno, facilite a categorização das plantas e, em última análise, ajude a proteger a biodiversidade.

No jardim botânico de Vaud, em Lausanne, um grupo de estudantes reúne-se em torno de um exemplar de Hedera colchica, mais comumente conhecida como hera persa. Eles estão examinando como a planta responde a pequenas manchas bege colocadas em suas folhas esmeraldas. Os adesivos, desenvolvidos no projeto GenoRobotics, são feitos de hidrogel e contêm uma matriz de microagulhas 11×11 medindo apenas 800 mícrons de altura.

“Os adesivos de microagulhas foram inicialmente desenvolvidos para injetar substâncias como vacinas”, diz Nicolas Adam, coordenador da GenoRobotics. “Quando iniciamos nosso projeto, há seis anos, fomos os primeiros a usar esses tipos de patches para extrair informações. Pelo que eu sei, ainda somos o único grupo de pesquisa a empregá-los para extrair DNA hospedeiro de plantas. Essa forma de extração é simples e rápida e reduz o custo em dez vezes em relação ao método convencional.”

Impacto positivo na biodiversidade

Cerca de 50 alunos estão envolvidos na GenoRobotics, que faz parte da iniciativa MAKE da EPFL. O seu objetivo é facilitar o processo de categorização das espécies vegetais para obter uma melhor compreensão de como funcionam os ecossistemas, ajudando assim a proteger a biodiversidade. A equipe desenvolveu um método portátil de identificação de DNA que é barato e robusto. Pode ser utilizado no terreno para realizar análises no local: os cientistas já não precisariam de transportar amostras para um laboratório, por exemplo, e poderiam determinar imediatamente o nome de uma espécie. E caso se deparem com uma nova espécie, os cientistas podem recolher imediatamente uma grande quantidade de informações.

“Nossa abordagem portátil pode identificar DNA vegetal – incluindo as etapas de extração, amplificação e sequenciamento – em tempo recorde e a um custo muito menor do que o processo padrão, que deve ser conduzido em laboratório”, diz Adam. O grupo de pesquisa disponibilizou seus resultados em código aberto, para benefício de toda a comunidade científica.

Preparando-se para Madagascar

Os estudantes estão a desenvolver o seu protocolo em associação com o Jardim Botânico de Lausanne, que faz parte do museu Naturéum. O Jardim concordou em disponibilizar algumas de suas 5.000 espécies para testes. A equipa da GenoRobotics pretende ter o protocolo pronto até este outono, quando está planeada uma expedição às florestas tropicais de Madagáscar – lar de uma série de espécies indígenas. «Se quisermos preservar eficazmente a biodiversidade da Terra, temos primeiro de ter uma imagem clara de tudo o que ela inclui», afirma Patrice Descombes, curador-chefe dos jardins botânicos Naturéum. “O projeto GenoRobotics da EPFL foi concebido para dar um passo significativo nessa direção, e é por isso que decidimos apoiá-lo através do nosso papel como organização de pesquisa. Trabalhar com os estudantes também nos deu ideias novas e nos ajudou a mostrar nossas coleções de espécies de plantas.”

A oportunidade de tomar medidas concretas para proteger a biodiversidade foi o que levou Ghali Jaidi, estudante do segundo ano de licenciatura em engenharia das ciências da vida, a juntar-se ao projecto. “Fiquei frustrado com a falta de experiência prática em meus cursos”, explica ele. “Mas a GenoRobotics me deu a oportunidade de aplicar a teoria que aprendi em sala de aula a um problema concreto. Ela expandiu meu conjunto de habilidades e me deixou mais confortável ao usar o equipamento do laboratório.” As tarefas de Jaidi incluem testar diferentes tampões líquidos para determinar qual deles consegue manter os fragmentos de DNA intactos pelo maior tempo possível entre as etapas de extração e amplificação.

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Samuel Goodchild, estudante do terceiro ano de bacharelado em engenharia de ciências biológicas, está trabalhando especificamente na etapa de amplificação. “Decidimos usar um método de recombinase polimerase com enzimas, já que pode ser realizado em temperaturas entre 37°C e 40°C”, diz. Este método utiliza muito menos energia que o método PCR convencional e pode ser realizado em campo, em cerca de 40 minutos, em vez de duas ou três horas.

O protocolo GenoRobotics foi testado durante uma visita ao Parque Natural Jorat em 2023 e provou ser confiável. Descombes, também botânico experiente, participou desse exercício. A equipe comparou seus resultados com os do processo padrão. No final das contas, os dois conjuntos de dados se alinharam.

“Atualmente, nosso método pode gerar uma média de dois códigos de barras de DNA, o que geralmente é suficiente para distinguir espécies diferentes”, diz Adam. “Mas idealmente gostaríamos de obter quatro códigos de barras, pois isso nos daria muito mais informação, especialmente para novas espécies. Planeamos melhorar ainda mais o nosso procedimento de extracção para que possa recolher mais ADN e ser menos sensível a factores como a sazonalidade.” – já que o procedimento exige folhas verdes – “bem como ao tipo de planta e à presença de contaminantes como proteínas e açúcares que inibem a amplificação do DNA”.

Economizando tempo e dinheiro

Outro objetivo da equipe do projeto é reduzir o custo do sequenciamento de DNA, principalmente diminuindo o tempo necessário. Os alunos optaram por utilizar o sequenciador desenvolvido pela Oxford Nanopore Technologies – o único portátil atualmente no mercado. Eles criaram um algoritmo que pode construir sequências de DNA em tempo real enquanto o sequenciamento ocorre e depois compará-las com um banco de dados existente. “Isso significa que podemos interromper o processo de sequenciamento assim que obtivermos sequências de DNA de qualidade boa o suficiente e nos permitir identificar uma planta com precisão suficiente”, diz Adam. “E, claro, nosso algoritmo é capaz de funcionar offline para uso em áreas remotas”.

O projeto GenoRobotics é inerentemente interdisciplinar, pois baseia-se numa ampla gama de competências: ciência da computação, biologia, engenharia e muito mais. “Além do objetivo do projeto de proteger a biodiversidade, o que me atraiu foi a forma como combina biologia e engenharia”, diz Charlotte Alers, estudante de mestrado em Neuro-X e chefe da unidade de expedição GenoRobotics. “Cada membro da equipe traz seu próprio conhecimento especializado, então realmente aprendemos uns com os outros. Também estou adquirindo experiência treinando alunos nos procedimentos de análise, o que está me fazendo olhar para o básico de uma perspectiva diferente.” Enquanto espera para partir na expedição a Madagascar neste outono, Alers está fazendo ensaios com seu grupo pelos jardins botânicos locais, descobrindo alguns dos segredos ainda escondidos do DNA das plantas.

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