Connect with us

science

Novo algoritmo encontra muitas enzimas de edição de genes no DNA ambiental

Published

on

Novo algoritmo encontra muitas enzimas de edição de genes no DNA ambiental
Mais Zoom / Estrutura proteica do CAS, mostrada com ligação ao ácido nucleico.

CRISPR – repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas – é a resposta do mundo microbiano à imunidade adaptativa. As bactérias não geram anticorpos quando são invadidas por patógenos e depois bloqueiam esses anticorpos se encontrarem novamente o mesmo patógeno, como nós. Em vez disso, integram parte do ADN do agente patogénico no seu genoma e ligam-no a uma enzima que podem utilizar para reconhecer a sequência de ADN do agente patogénico e cortá-la em pedaços se o agente patogénico reaparecer.

A enzima que faz o corte chama-se Cas, em homenagem a CRISPR. Embora o sistema CRISPR-Cas tenha evoluído como um mecanismo de defesa bacteriana, foi aproveitado e adaptado pelos investigadores como uma ferramenta poderosa para manipulação genética em estudos laboratoriais. Também comprovou os seus usos agrícolas, e o primeiro tratamento baseado em CRISPR foi aprovado no Reino Unido para tratar a doença falciforme e a beta-talassemia dependente de transfusão.

Agora, os pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de pesquisar genomas de sistemas semelhantes ao CRISPR-Cas. Eles descobriram que poderíamos ter muitas ferramentas adicionais com as quais trabalhar.

Modificação de DNA

Até o momento, seis tipos de sistemas CRISPR-Cas foram identificados em diferentes micróbios. Embora difiram nos detalhes, todos têm o mesmo apelo: entregam proteínas a uma sequência específica de material genético com um grau de especificidade que até agora tem sido tecnicamente difícil, caro e demorado de alcançar. Qualquer sequência de DNA de interesse no sistema pode ser programada e direcionada.

Os sistemas nativos dos micróbios normalmente trazem uma exonuclease – uma enzima que cliva o DNA – para a sequência, cortando o material genético dos patógenos. Esta capacidade pode ser usada para cortar qualquer sequência de DNA escolhida para edição genética; Combinado com enzimas e/ou outras sequências de DNA, pode ser usado para inserir ou excluir sequências curtas adicionais e para corrigir genes mutantes. Alguns sistemas CRISPR-Cas cortam moléculas específicas de RNA em vez de DNA. Eles podem ser usados ​​para eliminar RNA causador de doenças, como os genomas de alguns vírus, da mesma forma que são eliminados em bactérias nativas. Isto também pode ser usado para resgatar defeitos no processamento de RNA.

READ  NASA seleciona a Blue Origin de Jeff Bezos para a missão Artemis Moon

Mas existem muitas maneiras adicionais de modificar ácidos nucléicos que podem ser úteis. É uma questão em aberto se as enzimas que fazem modificações adicionais evoluíram. Então alguns pesquisadores decidiram procurá-los.

Pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova ferramenta para detectar matrizes CRISPR variantes e aplicaram-na a 8,8 tera (1.012) pares de bases de informação genômica procariótica. Muitos dos sistemas que encontraram são raros e só apareceram no conjunto de dados nos últimos 10 anos, destacando a importância de continuar a adicionar amostras ambientais anteriormente difíceis de obter a estes repositórios de dados.

A nova ferramenta era necessária porque as bases de dados de sequências de proteínas e ácidos nucleicos estão a expandir-se a um ritmo ridículo, pelo que as técnicas para analisar todos esses dados precisam de acompanhar. Alguns dos algoritmos usados ​​para analisá-los tentam comparar cada sequência com todas as outras sequências, o que é claramente insustentável quando se lida com bilhões de genes. Outros baseiam-se no agrupamento, mas apenas encontram genes que são altamente semelhantes, pelo que não podem esclarecer as relações evolutivas entre proteínas distantemente relacionadas. Mas o agrupamento rápido e sensível à localização baseado em hashtag (“flash assembly”) funciona agrupando bilhões de proteínas em conjuntos menores e maiores de sequências que diferem apenas ligeiramente para identificar parentes novos e raros.

Uma pesquisa usando FLSHclust extraiu com sucesso 188 novos sistemas CRISPR-Cas.

Muita CRISPyness

Alguns temas surgiram do trabalho. Uma delas é que alguns dos sistemas CRISPR recentemente identificados usam enzimas Cas com domínios que nunca foram vistos antes, ou parecem ser fusões com genes conhecidos. Os cientistas também caracterizaram algumas dessas enzimas e descobriram que uma é mais específica do que as enzimas CRISPR atualmente em uso, e outra corta o RNA que eles propõem ser estruturalmente distinto o suficiente para incluir um sistema CRISPR-Cas tipo 7 inteiramente novo.

READ  SpaceX lançou 23 satélites Starlink da Flórida

Um corolário deste tópico é ligar enzimas com funções diferentes, não apenas nucleases (enzimas que cortam DNA e RNA), com matrizes CRISPR. Os cientistas exploraram a notável capacidade do CRISPR de atingir genes, ligando-o a outros tipos de enzimas e moléculas, como corantes fluorescentes. Mas aparentemente a evolução chegou primeiro.

Por exemplo, FLSHclust identificou algo chamado transposase que está associado a dois tipos diferentes de sistemas CRISPR. A transposase é uma enzima que ajuda a transferir uma parte específica do DNA para outra parte do genoma. A transformação dirigida por RNA CRISPR já foi vista antes, mas este é outro exemplo disso. Toda uma gama de proteínas com diferentes funções, como proteínas com domínios transmembranares e moléculas sinalizadoras, foi encontrada associada a matrizes CRISPR, destacando a natureza mista da evolução desses sistemas. Eles até encontraram uma proteína expressa por um vírus que se liga às matrizes CRISPR e as torna inativas, com o vírus essencialmente desativando o sistema CRISPR que evoluiu para proteger contra vírus.

Os pesquisadores não apenas encontraram novas proteínas associadas a matrizes CRISPR, mas também encontraram outras matrizes repetidas regularmente espaçadas que não estavam associadas a nenhuma enzima Cas, semelhante ao CRISPR, mas não ao CRISPR. Eles não têm certeza da função desses sistemas guiados por RNA, mas especulam que eles estão envolvidos na defesa, assim como o CRISPR.

Os autores decidiram encontrar “uma lista de proteínas guiadas por RNA que expanda nossa compreensão da biologia e evolução desses sistemas e forneça um ponto de partida para o desenvolvimento de novas biotecnologias”. E parecem ter alcançado o seu objetivo: “Os resultados deste trabalho revelam flexibilidade regulatória e funcional e modularidade sem precedentes dos sistemas CRISPR”, escrevem. E concluem: “Isto representa apenas uma pequena fração dos sistemas descobertos, mas destaca a amplitude do potencial inexplorado da biodiversidade da Terra.” Os restantes candidatos servirão como recurso para exploração futura.

READ  Explore mundos misteriosos em The Hunt for Planet B

Artigo DOI: 10.1126/science.adi1910

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

science

A maior plataforma de gelo da Antártica está se comportando de maneira estranha

Published

on

A maior plataforma de gelo da Antártica está se comportando de maneira estranha

por

Uma pesquisa da Universidade de Washington, em St. Louis, revela que a plataforma de gelo Ross da Antártica, aproximadamente do tamanho da França, é quebrada diariamente por uma corrente de gelo. Este movimento, causado pelo deslizamento repentino da corrente de gelo, pode afectar tremores de gelo e fracturas de plataformas de gelo, levantando preocupações sobre a estabilidade das plataformas de gelo num mundo em aquecimento.

Uma atividade de corrente de gelo desalojou repentinamente a plataforma de gelo Ross.

Na Antártica, enormes geleiras estão em constante mudança. As correntes de gelo, que funcionam como correias transportadoras, são caminhos de movimento acelerado que transportam a maior parte do gelo e dos detritos de sedimentos destas vastas geleiras em direção ao oceano.

Uma dessas correntes de gelo está deslocando toda a plataforma de gelo Ross pelo menos uma vez por dia, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Washington em St.

Esta descoberta é importante devido ao tamanho da plataforma de gelo Ross: é a maior plataforma de gelo da Antártica, aproximadamente do mesmo tamanho da França.

Doug Wiens, do Robert S. Brookings: “Descobrimos que toda a plataforma se move repentinamente cerca de 6 a 8 centímetros (ou 3 polegadas) uma ou duas vezes por dia, devido ao deslizamento de uma corrente de gelo que flui para a plataforma de gelo.” Distinto Professor de Ciências da Terra, Ambientais e Planetárias em Artes e Ciências. “Esses movimentos repentinos provavelmente desempenham um papel no desencadeamento de terremotos e fraturas na plataforma de gelo.”

A Plataforma de Gelo Ross é uma plataforma de gelo flutuante que se estende sobre o oceano a partir de geleiras interiores.

READ  NASA seleciona a Blue Origin de Jeff Bezos para a missão Artemis Moon

Os cientistas estão interessados ​​nas interacções entre as plataformas de gelo e as correntes de gelo, em parte porque estão preocupados com a estabilidade das plataformas de gelo da Antárctida num mundo em aquecimento.

As plataformas de gelo funcionam como travões para os glaciares e correntes de gelo, retardando a sua viagem até ao mar, onde derretem, permitindo que mais gelo se acumule no continente. Se a plataforma de gelo entrar em colapso, esse suporte desaparece e as geleiras fluem mais rapidamente. Uma vez que fluem para o oceano, contribuem para a subida do nível do mar.

O novo estudo publicado na revista Cartas de Pesquisa Geofísicaconcentra-se no movimento causado pelo riacho da geleira Whillans, um dos cerca de seis grandes e rápidos rios de gelo que fluem para a plataforma da geleira Ross.

“Não se pode detectar movimento apenas sentindo-o”, disse Wiens. “O movimento ocorre durante um período de vários minutos, por isso não pode ser percebido sem instrumentos. É por isso que o movimento não foi detectado até agora, embora as pessoas tenham caminhado e acampado na plataforma de gelo Ross desde a época de os grandes exploradores Robert F. Scott e Roald Amundsen.”

Deslizamento repentino

O movimento da plataforma de gelo Ross é causado por um movimento relativamente repentino – em termos glaciais – de uma corrente de gelo denominado evento de deslizamento. É um pouco semelhante ao “stick slip” que ocorre ao longo de uma falha antes e durante um terremoto.

No cenário observado por Whillans e a sua equipa, uma grande secção da Corrente de Gelo de Whillans, com mais de 100 km por 100 km, permanece estacionária enquanto o resto da corrente de gelo avança. Então, uma ou duas vezes por dia, a grande seção avança em direção à plataforma de gelo Ross.

READ  Explore mundos misteriosos em The Hunt for Planet B

Ele pode mover-se até 40 cm (16 polegadas) em poucos minutos, disse Wiens.

Estudos de correntes de gelo nos últimos 50 anos mostram que algumas correntes de gelo aceleram, enquanto outras desaceleram. Os cientistas podem usar sismógrafos para detectar o movimento repentino das correntes de gelo e ajudar a entender o que controla esse movimento. Wiens e a sua equipa viajaram para a Antártida em 2014 para instalar os sismógrafos utilizados neste estudo.

“Publiquei vários artigos sobre os eventos de deslizamento da Corrente de Gelo Whillans no passado, mas não descobri que toda a plataforma de gelo Ross também está se movendo até agora”, disse Wiens.

Os investigadores não acreditam que estes eventos de deslizamento estejam diretamente relacionados com o aquecimento global causado pelo homem. Uma teoria é que isso é causado pela perda de água no fundo da geleira Whillans, tornando-a mais “pegajosa”.

A tensão e a deformação associadas aos eventos de escorregamento são semelhantes à tensão e à deformação observadas para desencadear terremotos sob várias condições.

“Neste ponto, os terremotos e as fraturas do gelo são apenas parte da vida normal da plataforma de gelo”, disse Wiens. “Existe a preocupação de que a plataforma de gelo Ross se desfaça um dia, uma vez que outras plataformas de gelo mais pequenas e mais finas o fizeram. Também sabemos que a plataforma de gelo Ross se desintegrou durante o último período glacial – há cerca de 120 mil anos – causando gelo rápido. perda para as geleiras.” E as correntes de gelo que o alimentam.

Referência: “Deslocamento da plataforma de gelo Ross e ondas de placas elásticas desencadeadas por eventos de deslizamento da corrente de gelo de Whillans” por Douglas A. 2024, Cartas de Pesquisa Geofísica.
doi: 10.1029/2023GL108040

READ  Dobra de luz gravitacional revela um dos maiores buracos negros já descobertos

Continue Reading

science

Acabamos de ver o nascimento das primeiras galáxias do universo: ScienceAlert

Published

on

Acabamos de ver o nascimento das primeiras galáxias do universo: ScienceAlert

Os cientistas acabaram de determinar Processos de formação de algumas das primeiras galáxias do universo na era turbulenta da alvorada cósmica.

JWST Observações do Universo primitivo entre cerca de 13,3 e 13,4 mil milhões de anos atrás – apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang – revelaram sinais claros de reservatórios de gás fluindo ativamente para três galáxias recém-formadas e em crescimento.

“Estas são sem dúvida as primeiras imagens ‘diretas’ da formação de galáxias que já vimos.” diz o astrofísico Kasper Elm Heintz do Instituto Niels Bohr, na Dinamarca, que liderou a pesquisa.

“Enquanto James Webb [Space Telescope] “Já nos mostrou galáxias primitivas em fases posteriores de evolução, e aqui testemunhamos o seu nascimento, construindo assim os primeiros sistemas estelares do Universo.”

Conhecida como Aurora Cósmica, ROs primeiros mil milhões de anos após o Big Bang foram envoltos em duas coisas: mistério e um nevoeiro de hidrogénio neutro que permeou o universo e impediu que a luz se espalhasse livremente. A primeira é, na verdade, a consequência natural e direta da segunda, porque a luz é a ferramenta que utilizamos para compreender o universo.

O Telescópio Espacial James Webb foi concebido, em parte, como uma tentativa de penetrar neste nevoeiro, uma vez que os comprimentos de onda infravermelhos através dos quais o Universo é visto penetram mais facilmente. Viaje mais longe De outros comprimentos de onda. O que queremos saber é como tudo se juntou – como, a partir de uma sopa quente de plasma primordial, as primeiras estrelas e galáxias se juntaram, A neblina se dissipou à luz dos primeiros objetosO universo deu seus primeiros passos em direção a onde está hoje.

READ  Boston planeja lançar seu próprio aplicativo de cartão de vacina digital

Assim, Heintz e a sua equipa internacional usaram o poderoso olho infravermelho do JWST para observar a aurora cósmica, onde detectaram um sinal que remonta a três galáxias. Especificamente, o sinal foi emitido pelo hidrogénio neutro circundante à medida que absorvia o gás e reirradiava a luz das galáxias.

Os investigadores descobriram que estas galáxias existiram cerca de 400 a 600 milhões de anos após o Big Bang, que ocorreu há cerca de 13,8 mil milhões de anos. Isto faz com que as três galáxias estejam entre as primeiras a serem descobertas.

Uma visualização artística da formação das galáxias no início do universo. (NASA, ESA, Agência Espacial Canadense, Joseph Olmstead/STScI)

“Essas galáxias são como ilhas cintilantes em um mar de gases neutros e opacos.” Heintz diz.

Além disso, os pesquisadores conseguiram distinguir reservatórios de gás perigaláctico de gás intergaláctico neutro. Estes reservatórios foram determinados como sendo muito grandes, cobrindo uma grande proporção de cada galáxia, indicando que estavam se formando ativamente na matéria galáctica. O facto de existir tanto deste gás também indica que, no momento da observação, as galáxias ainda não tinham formado a maior parte das suas estrelas.

“Algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas se formaram, antes que as estrelas e o gás começassem a se fundir para formar galáxias.” diz o cosmólogo e astrofísico Darach Watson Do Instituto Niels Bohr. “Este é o processo que vemos começando em nossas observações.”

Ainda temos muitas dúvidas sobre o amanhecer cósmico. Mal arranhamos a superfície e ainda existem muitos segredos envoltos em hidrogênio neutro, muitos dos quais ainda não foram descobertos. Mas as três galáxias descobertas por Heintz e a sua equipa são um passo em frente. Agora que sabemos que as galáxias existem, podemos observá-las mais de perto para compreender melhor o processo de formação de galáxias.

READ  Esta dieta imita os efeitos do jejum e parece retardar o envelhecimento biológico

“Uma das perguntas básicas que nós, humanos, sempre fazemos é: de onde viemos?” diz o astrônomo Gabriel Brammer Do Instituto Niels Bohr.

“Aqui, reunimos mais respostas, lançando luz sobre o momento em que algumas das primeiras estruturas do universo foram criadas. É um processo que investigaremos mais a fundo, para que possamos encaixar mais peças do quebra-cabeça.”

A pesquisa foi publicada em Ciências.

Continue Reading

science

Soluções inovadoras da NASA para limpeza eficiente de detritos espaciais

Published

on

Soluções inovadoras da NASA para limpeza eficiente de detritos espaciais

O novo relatório OTPS da NASA identifica maneiras econômicas de gerenciar detritos orbitais, concentrando-se em riscos imediatos e avaliações de custos ao longo de 30 anos. Crédito: SciTechDaily.com

A análise de novos dados sugere que sim NASA Os seus parceiros podem ter descoberto formas mais económicas de resolver o problema crescente dos detritos orbitais do que se pensava anteriormente.

O Escritório de Tecnologia, Política e Estratégia da NASA divulgou um novo relatório que fornece à liderança da agência uma nova visão sobre como medir os riscos representados pelos detritos orbitais.

“O aumento da atividade na órbita da Terra trouxe-nos tudo, desde comunicações terrestres mais rápidas até uma melhor compreensão das mudanças climáticas”, disse Charity Weeden, que lidera o OTPS da NASA. “Essas oportunidades crescentes estão levando a um ambiente espacial mais lotado. Este estudo faz parte do trabalho da NASA para melhorar rapidamente nossa compreensão desse ambiente, conforme descrito na Estratégia de Sustentabilidade Espacial recentemente lançada pela NASA, aplicando uma lente econômica a esta questão crítica.”

o relatório, Análise de custo-benefício da mitigação, rastreamento e remediação de detritos orbitaisé a segunda fase do trabalho do OTPS para resolver as incertezas técnicas e econômicas associadas aos detritos orbitais.

Simulação de detritos espaciais orbitais

Simulação de detritos orbitais ao redor da Terra mostrando o número de objetos na região geossíncrona. Crédito: NASA ODPO

Progresso dos relatórios anteriores

OTPS Relatório da primeira fase, lançado em 2023, forneceu informações iniciais para os legisladores que buscam análises de custo-benefício de medidas de remediação de detritos orbitais, incluindo movimentação, remoção ou reutilização de objetos. O novo relatório melhorou a qualidade das estimativas dos riscos para as naves espaciais decorrentes de detritos orbitais. Estas novas estimativas cobrem tudo, desde os maiores detritos no espaço até fragmentos de tamanho milimétrico. O relatório também expande o foco das equipes OTPS para incluir ações que possam mitigar a criação de novos detritos e rastrear os detritos existentes.

READ  Explore mundos misteriosos em The Hunt for Planet B

“Este estudo permite-nos começar a responder à pergunta: Quais são as ações com melhor relação custo-benefício que podemos tomar para resolver o crescente problema dos detritos orbitais?” O analista da NASA Jericho Locke, principal autor do relatório, disse. “Medindo tudo em dólares, podemos comparar diretamente a proteção de espaçonaves com o rastreamento de detritos menores ou a remoção de 50 pedaços grandes de detritos com a remoção de 50.000 pedaços menores.”

Métodos inovadores para medir riscos

O novo relatório OTPS difere dos estudos anteriores sobre detritos orbitais porque estima diretamente os riscos representados pelos detritos espaciais, em vez de proxies de risco, como o número de pedaços de detritos em órbita. Além disso, mede o risco em dólares – modelando os custos que os operadores podem incorrer ao manobrar naves espaciais para evitar detritos, ao lidar com uma aproximação próxima e a danos ou perdas causados ​​pelo impacto de detritos. O estudo simula como o ambiente de detritos orbitais evolui ao longo de 30 anos.

Avalie estratégias econômicas

No total, o estudo compara a relação custo-benefício de mais de 10 ações diferentes que podem ser tomadas para reduzir os riscos de detritos orbitais, como proteção, rastreamento de pequenos detritos ou tratamento de detritos grandes. Em última análise, a equipa espera avaliar a relação custo-eficácia de combinações de diferentes procedimentos, conhecidos como portfólios.

A análise do relatório revisita ações prudentes comuns que a comunidade espacial tem visto historicamente como abordagens rentáveis ​​para apoiar a sustentabilidade espacial. Por exemplo, o relatório estima que alguns métodos de tratamento de detritos podem ser tão valiosos como a mitigação de detritos. Estima-se também que desorbitar rapidamente naves espaciais mortas é uma forma econômica de reduzir riscos. Tais descobertas poderiam fornecer novas considerações para os líderes da NASA e a comunidade espacial ao lidar com a questão dos detritos orbitais.

READ  Uma cápsula da SpaceX está trazendo de volta uma tripulação de quatro pessoas de uma missão na estação espacial

Planos futuros e acessibilidade pública

OTPS planeja divulgar publicamente o código de pesquisa usado para produzir o estudo. A equipe de pesquisa planeja continuar seu trabalho na compreensão dos detritos orbitais e nas diferentes abordagens para lidar com eles e compartilhará seu conhecimento com as partes interessadas.

Continue Reading

Trending

Copyright © 2023