Conheça 7 Aplicações do Sequenciamento de DNA

Que o sequenciamento de DNA é utilizado amplamente para a identificação de microrganismos, isso já sabemos, não é? Sabemos também que foi o sequenciamento de bilhões de bases nitrogenadas que permitiu que o Projeto Genoma Humano fosse precursor de muitos estudos. Uma mudança sem volta na forma como pensamos a origem de doenças e seus tratamentos. Hoje, as aplicações do sequenciamento de DNA estão em todas as áreas do conhecimento: na biologia, na medicina, na nutrição e na biotecnologia.

Veja estas aplicações e como elas evoluíram através do Diagnóstico Microbiológico Digital (DMD):

1. Monitoramento ambiental

Você sabe qual é a importância de se conhecer o microbioma que nos cerca? Sabe por que devemos nos preocupar com quais são as bactérias e vírus que estão circulando na nossa cidade, na nossa casa ou no nosso carro? Com o uso de swabs, é possível recolher uma amostra dos micro-organismos presentes em aparelhos eletrônicos, cadeiras, corrimões, porta de banheiros, torneiras, maçanetas do carro, mãos… enfim, qualquer superfície que possa acolher um microbioma. Com apenas uma pequena amostra, é possível aplicar o sequenciamento de DNA e conhecer todos os micro-organismos presentes no momento da coleta. Dessa forma, conhecendo o microbioma, é possível a tomada de decisão em caso de contaminações microbiológicas, ou mesmo para o monitoramento de um ambiente que precisa estar limpo e livre de contaminações, como por exemplo, um hospital.

O Avanço Tecnológico: Atualmente, esse monitoramento evoluiu para a Vigilância Genómica Preditiva. Ao integrar os dados de sequenciamento à plataforma Neobiome, a análise deixa de ser apenas um inventário de espécies e passa a alimentar Mapas de Risco. Através de modelos matemáticos e inteligência de dados, é possível classificar a saúde microbiológica da planta em níveis (de baixo a extremo risco), permitindo que o gestor antecipe crises sanitárias antes que elas atinjam o produto final.

2. Validação de matérias-primas e insumos

Se você é responsável pelo controle de qualidade de alguma indústria de alimentos ou medicamentos, com certeza lida diariamente com a cobrança de que as matérias-primas e os insumos utilizados no processo de produção sejam adequados aos parâmetros microbiológicos exigidos pelas legislações vigentes. Isso é fundamental para que não aconteça uma contaminação de produto final, uma contaminação cruzada ao longo do processo, ou ainda, que comprometa a segurança dos alimentos. Com o sequenciamento de DNA é possível identificar todos os microrganismos presentes nas cadeias produtivas. Além de rastrear os micro-organismos encontrados, saber onde estão os repositórios e como estão se espalhando na indústria. Esses resultados permitem fazer o controle adequado, caso se trate de bactérias deteriorantes ou patogênicas, por exemplo.

O Avanço Tecnológico: Com o advento do DMD, a validação de insumos permite uma resolução de “alta fidelidade”. Diferente dos métodos que buscam um alvo por vez, o sequenciamento de Nova Geração (NGS) identifica todo o ecossistema da carga. Isso viabiliza o uso do Microbial Fingerprinting para determinar se um contaminante é uma entrada externa (transiente) ou se possui similaridade genética com microrganismos residentes na planta (persistente), otimizando a gestão de fornecedores e reduzindo o “Custo da Não-Qualidade”.

3. Análise de fezes

A microbiota intestinal ainda é pouco estudada, porém, atualmente, com o sequenciamento de DNA, pôde-se conhecer melhor a complexa microbiota que é responsável pela manutenção de algumas funções fisiológicas. Com a análise de fezes, através do sequenciamento, é possível conhecer os hábitos e a saúde das pessoas, medir a eficiência do uso de antibióticos, fazer uma otimização e avaliação da eficácia de tratamentos probióticos e pré-bióticos, conhecer os microrganismos patogênicos presentes na flora intestinal, além de fomentar estudos para diagnóstico e tratamento de doenças.

O Avanço Tecnológico: Na fronteira da biotecnologia, estas análises utilizam o sequenciamento para a Modulação da Microbiota. Através de dados genómicos de alta precisão, é possível validar a eficácia real de probióticos e prebióticos, garantindo que as intervenções sejam baseadas no código genético individual e transformando o laudo numa ferramenta de nutrição de precisão.

4. Fraude em alimentos

Frequentemente somos noticiados de casos de fraude em alimentos. A repercussão atingia grande parte da população, pois basta ser um consumidor que faz compras no supermercado, para sermos alvos de enganações na composição de alimentos. Também houve um grande escândalo revelando a presença de carne de cavalo em produtos na Europa. Em outro caso, DNA de porco foi encontrado em grande parte dos produtos identificados como bovino. E os exemplos não parariam por aí… Mas o que o sequenciamento de DNA tem a ver com isso? A identificação de segmentos específicos de DNA presentes nos alimentos pode indicar claramente a composição do mesmo. O DNA dos alimentos, sequenciado em plataformas de alto desempenho (NGS), revela os ingredientes animais ou vegetais que o compõe e auxilia no rastreamento de possíveis fraudes e adulterações.

O Avanço Tecnológico: Esta aplicação é hoje um pilar fundamental do Food Defense. O NGS permite a verificação da Integridade Sistémica da cadeia de valor, detectando adulterações que métodos químicos convencionais podem ignorar. A Transparência Radical exigida pelo mercado utiliza a identidade molecular para garantir que o rótulo corresponda exatamente à estrutura molecular do produto.

5. Validação da higienização

Como saber se determinado recipiente, que vai receber um produto ou alimento seguro, está realmente limpo e desinfectado? Através de análises de sequenciamento de DNA! Para esta aplicação, é feita uma coleta com swab do microbioma presente no recipiente. Após a coleta, é extraído o DNA dos micro-organismos presos no algodão do swab. Os micro-organismos têm seu material genético sequenciado, e são identificados a nível de espécie para saber se eles poderiam ou não estar presentes, ou se ocasionariam prejuízos para o controle de qualidade e até mesmo contaminação do produto entregue ao consumidor final.

O Avanço Tecnológico: O grande salto aqui é a detecção de microrganismos em estado VBNC (Viáveis mas Não Cultiváveis). Muitas vezes, um equipamento recebe um laudo negativo no cultivo em placa, mas contém microrganismos ativos ocultos em biofilmes. O sequenciamento revela estas vulnerabilidades ocultas, permitindo uma Intervenção Cirúrgica: ajusta-se o protocolo de sanitização com base em dados reais de DNA, reduzindo o desperdício de insumos químicos e otimizando o OPEX.

6. Descobrimento de bactéria no espaço

Em Agosto de 2016, a cientista e astronauta da NASA, Kate Rubins, realizou o primeiro experimento de sequenciamento de DNA no espaço, a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Isso significa que qualquer forma de vida encontrada em um ambiente de microgravidade (como a ISS) pode rapidamente ser identificado. Esta tecnologia também permite a avaliação do próprio DNA dos tripulantes, a fim de acompanhar as possíveis alterações no código genético decorrentes do longo tempo na ISS. Outra aplicação é a avaliação da qualidade microbiológica da água da ISS, já que 85% da água ingerida pelos astronautas é reciclada a partir do suor, urina e condensação. A tecnologia utilizada foi o sequenciador portátil, chamado de MinION…

O Avanço Tecnológico: Essa tecnologia de sequenciadores ágeis é aplicada hoje pela Neoprospecta em análises de qPCR (PCR Quantitativo). Para indústrias que precisam de velocidade extrema, o qPCR oferece uma detecção ultrassensível de alvos específicos em tempo recorde, permitindo a libertação de lotes com segurança absoluta em poucas horas, unindo a ciência de ponta à eficiência operacional.

7. Análise de microbioma de plantas

As plantas são hospedeiras de grande diversidade de bactérias, que constituem o seu microbioma. A maioria das bactérias é simbiótica, recebendo substâncias nutritivas e fornecendo nutrientes do solo, ou liberando substâncias que atuam na defesa das plantas. O desafio para os cientistas é identificar os micro-organismos que possam ser úteis para desenvolvimento de tecnologias a serem incorporadas nos sistemas de produção. E é aqui que temos mais uma aplicação do sequenciamento de DNA! Além da identificação dos micro-organismos da microbiota envolvida, os cientistas também utilizam o sequenciamento do genomas das bactérias, para conhecer os conjuntos de genes para a produção de compostos peptídicos antimicrobianos, conhecidos como bacteriocinas.

O Avanço Tecnológico: Atualmente, esta aplicação é a base para o desenvolvimento de Bioinsumos. Ao cruzar os dados genómicos com o BIM (Banco de Informações de Microrganismos) da Neoprospecta, conseguimos prever o comportamento de novos agentes biológicos, acelerando a inovação no campo com segurança molecular e eficácia comprovada por dados.

Sobre a autora:

Denise Faccin é bióloga, mestre em biologia vegetal e foi responsável pelo Inbound Marketing da área de alimentos da Neoprospecta.[/author_info] [/author]