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segunda-feira, 1 de fevereiro de 2021

A ciência por trás dos exames de RT-PCR para a Covid-19

Com a explosão do número de casos de Covid-19 pelo mundo e a subsequente declaração da OMS do surto do corona vírus como uma pandemia, muito se ouviu falar da até então não muito conhecida fora dos meios acadêmicos, técnica da PCR.

A técnica é atualmente uma das mais rotineiramente utilizadas em laboratórios de biologia molecular e serve tanto para fins de diagnóstico molecular, como para pesquisa básica e aplicada . Mas você sabe qual a ciência por trás da técnica? Como ela revolucionou o campo das Ciências Biológicas?

Veja abaixo a ciência por trás da técnica:

A origem da técnica

A saga da técnica tem como protagonista a bactéria termal Thermus aquaticus (Taq) e começou no outono de 1966 quando Thomas Brock, um microbiologista da Universidade de Indiana (EUA), colheu amostras das águas quentes de uma nascente no Parque Nacional de Yellowstone. 

Brock estava fazendo pesquisas básicas, estudando como o meio ambiente afetava certos microrganismos. Enquanto tentava não se queimar, Brock encontrou algo peculiar: uma bactéria que vivia a temperaturas acima de 65 graus Celsius.

Depois de nomear sua descoberta, doou-a à American Type Culture Collection. Mais de uma década depois, um cientista trabalhando com esta bactéria na Cetus Corporation na Califórnia, uma das empresas que surgiram na era febril da biotecnologia, em 1971, isolou uma enzima do tipo polimerase na bactéria, que não desnaturou a repetidos ciclos de aquecimento e resfriamento e era, portanto, a enzima ideal para impulsionar o processo de cópia de DNA conhecido como PCR (Reação em cadeia da DNA plimerase).

O impacto que a enzima Taq teria na biologia molecular não se tornaria claro até 1988, quando Kary Mullis e a Cetus Corporation comercializaram a enzima para uso generalizado. A Taq DNA polimerase foi um sucesso instantâneo, mesmo ganhando a revista Science como 'molécula do ano' em 1989.

Atualmente, a PCR é uma metodologia de amplificação de DNA amplamente utilizada em pesquisa e diagnóstico molecular.


Fonte termal, local de hábitat da bactéria termal Thermus aquaticus. Abaixo, microscopia mostrando as bactérias.

Mas por que o DNA?

O DNA é usado porque, no nível mais discriminatório, a estrutura do DNA pode lhe dizer qual organismo está sendo analisado. No caso de humanos, a PCR pode identificar uma pessoa usando sua sequência genética. No caso da COVID-19, os pesquisadores publicaram centenas de genomas coletados de pacientes para identificar as principais características do vírus que causa essa doença, SARS-CoV-2.

Mas há um porém

A PCR só funciona no DNA, e o vírus COVID-19 usa o RNA como seu código genético. O RNA é semelhante ao DNA, mas tem apenas uma única fita. Felizmente, as enzimas virais para converter o RNA em DNA foram descobertas há décadas, e foram aproveitadas, juntamente com a PCR, para transcrever o RNA em DNA. Neste caso, a PCR é chamada de PCR de transcrição reversa, ou RT-PCR.

É assim que funciona:

Uma amostra respiratória superior, particularmente um esfregaço nasofaríngeo, é coletada. No laboratório, a amostra é processada para que o RNA viral seja isolado e coletado. Todo o resto é removido. O RNA é misturado com outros ingredientes: enzimas (DNA polimerase e transcriptase reversa), blocos de construção de DNA, cofatores, sondas e primers (iniciadores de amplificação) que reconhecem e se ligam ao SARS-CoV-2.



Em seguida, o RNA viral é convertido em uma cópia de DNA, e essa única cópia é então convertida em milhões de cópias usando PCR que podem ser facilmente detectadas.

Como as enzimas e produtos químicos adicionados ao tubo de reação são relativamente resistentes ao calor - cuja história iniciou-se com a descoberta da bactéria Thermus aquaticus - a reação pode prosseguir de forma automatizada de aquecimento, resfriamento e síntese de DNA. Leva apenas horas para completar o ensaio e obter os resultados.

A PCR pode amplificar um DNA alvo em milhões de cópias, em questão de horas

Se o DNA complementar do SARS-CoV-2 estiver presente na amostra, os primers podem copiar as regiões visadas. Ao copiar estas regiões, as sondas presas a estes novos fragmentos liberam um sinal visual que pode ser lido pelo instrumento utilizado neste processo.

Este tipo de análise é usado para pesquisas e testes clínicos de laboratório. A PCR pode detectar todos os tipos seres, desde bactérias, parasitas, vírus, fungos, animais e plantas, começando com o DNA ou RNA. Embora o princípio e os ingredientes sejam semelhantes, cada uso requer iniciadores ou sondas específicas para detectar organismos diferentes. É por isso que algo para o SARS-CoV-2 teve que ser desenvolvido a partir do zero. Durante o desenvolvimento, estes tipos de testes são ajustados para garantir que sejam muito bons em detectar o organismo de interesse (sensível) e garantir que o teste não mostre um resultado positivo quando o organismo não está lá (específico).

A importância das etapas envolvidas na PCR tem sido reconhecida por uma série de prêmios Nobel durante décadas. 

A ciência médica avança como resultado de descobertas básicas sobre a base molecular dos sistemas vivos, e este é um exemplo de como essas descobertas se unem para resolver um problema importante em nossas vidas.

Por: Jonathan Pena Castro

Fontes:

Discoverysedge

Thermofisher

Sciencedirect

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