PCR e Eletroforese

Durante as últimas aulas observamos as grandes inovações no campo da genética molecular que culminaram com aplicações práticas como, por exemplo, a clonagem molecular. Na aula de hoje vamos conhecer algumas das técnicas mais usadas em laboratórios de genética e biologia molecular.
Eletroforese
Vimos que amostras de DNA podem ser clivadas (cortadas) em sítios específicos por endonucleases de restrição. Entretanto, ao se fazer isso em um tubo de ensaio obteremos uma amostra cujos fragmentos estão totalmente misturados. Para separá-los, utiliza-se a mesma técnica usada para separar proteínas, a eletroforese. O termo eletroforese deriva do grego phoresis, que significa migração, ação de transportar.
Existem diversas maneiras de se fazer uma separação de amostras pela técnica da eletroforese, sendo que as diferenças residem no tipo de material poroso que será utilizado para realizar a separação das amostras. Se sua amostra contiver fragmentos de DNA muito pequenos, com até 500 nucleotídeos de comprimento, utilizam-se géis de poliacrilamida, os quais permitem a separação de fragmentos com uma diferença de apenas 1 nucleotídeo de extensão. Entretanto, amostras muito grandes não conseguirão passar pelos poros do gel de poliacrilamida sendo, nesses casos, usados géis mais porosos, constituídos por soluções de agarose, um polissacarídeo encontrado em algas marinhas.





A técnica de eletroforese consiste em se aplicar uma diferença de potencial (ddp) entre as duas extremidades do gel onde estão as amostras.
Como o DNA possui carga negativa, aplicam-se as amostras de DNA, previamente digeridas por endonucleases de restrição, na extremidade onde se encontra o eletrodo negativo. Assim, as moléculas de DNA migram para pólo positivo com a passagem da corrente elétrica pelo gel. Os fragmentos menores atravessam com mais facilidade os poros do gel, chegando antes no lado positivo. Tudo funciona como se fosse uma corrida com obstáculos. Observe a imagem acima. Note que o poço C é o que contém o menor fragmento de DNA produzido pela digestão com uma dada endonuclease de restrição. Já o poço B é o que contém o maior fragmento, uma vez que nele se encontra a banda mais próxima ao local de aplicação da amostra.
Essas bandas mostradas acima são invisíveis e devem ser marcadas para visualização. Essa marcação pode ser feita através do uso de isótopos radioativos, no caso do DNA utiliza-se 32P, o qual é incorporado as cadeias de DNA (grupamento fosfato). Assim, após realizar a “corrida” no gel faz-se uma autorradiografia do mesmo. Outro método usado é expor o gel a uma solução de brometo de etídeo (C21H2OBrN3). Quando esse marcador é iluminado com luz ultravioleta ele fluoresce, indicando a posição das bandas no gel.
PCR
A clonagem de sequências de DNA específicas sem o uso de células vivas tornou-se possível quando se tornaram disponíveis DNA-polimerases altamente purificadas e oligonucleotídeos de DNA sintetizados em laboratório. Essa técnica, conhecida como PCR (polimerase chain reaction, reação da cadeia da polimerase) é utilizada na amplificação do DNA por inteiro ou mesmo para a amplificação de uma única região de interesse. A PCR baseia-se na estrutura do DNA, que é formado por uma dupla-hélice estabilizada internamente por pontes de hidrogênio, as quais se rompem facilmente com a elevação da temperatura até certo ponto, deixando expostas as bases nitrogenadas. Essa técnica permite a amplificação em até 1 bilhão de vezes do fragmento que se queira amplificar. Assim, quando se dispõe de amostras em pequenas quantidades essa técnica revela-se de extrema importância, como no caso da ciência forense, uma vez que se pode partir do DNA de apenas uma célula para traçar o perfil genético de um criminoso, por exemplo.
A imagem abaixo mostra como funciona essa técnica. Tem-se uma amostra de DNA na qual se encontra uma região de interesse que deve ser amplificada para posterior análise. Para se realizar essa amplificação, é necessário que se conheça pelo menos uma parte da sequência de nucleotídeos. Sabendo-se a sequência de nucleotídeos de uma pequena parte dessa amostra, constrói-se um primer (iniciador) que seja complementar às extremidades da região de interesse. Isso é necessário por que a DNA polimerase não é capaz de iniciar a síntese de DNA do nada.




Com a elevação da temperatura as pontes de hidrogênio são rompidas, liberando as duas fitas de DNA. Entretanto, esse aumento causa a desnaturação de proteínas e, sendo a DNA polimerase de uma enzima, ela desnaturaria, perdendo sua função. Esse problema é resolvido usando-se uma DNA polimerase de uma bactéria (Thermophilus aquaticus) encontrada em fontes termais. Assim, essa DNA polimerase, conhecida como Taq polimerase, é estável em altas temperaturas, o que possibilita o seu uso na PCR.

Ao serem separadas as fitas de DNA, as bases nitrogenadas ficam expostas, permitindo o anelamento dos primers com suas sequências complementares. Após isso, a temperatura é reduzida e a DNA polimerase inicia a síntese de novo DNA a partir dos nucleotídeos livres. Esse ciclo demora cerca de 5 minutos, ou seja, a cada 5 minutos obtém-se uma quantidade de DNA igual ao dobro da quantidade anterior.

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