TAQ POLIMERASE

Thermus Aquaticus & Taq Polimerase

Vamos abordar a história dessa descoberta e sua importância para o desenvolvimento da técnica de PCR que é indispensável em qualquer laboratório de biologia molecular no mundo. 

A BUSCA POR VIDA EM AMBIENTES DE ALTA TEMPERATURA

Foi em 1964 que Brock visitou as fontes termais do parque de Yellowstone pela primeira vez. Depois da primeira visita, voltou nos anos seguintes guiado pelo desejo de investigar quais formas de vida poderiam residir naquelas piscinas naturais. Por isso, Brock e seus estudantes coletaram diversas amostras de várias fontes termais e cultivaram em laboratório.

''Achamos a Thermus aquaticus no manancial Mushroom Spring, a 75 graus centígrados, onde há um gradiente térmico, pois nas saídas do manancial a temperatura abaixa para uns 35 graus. Nesse momento, a Thermus era o microrganismo mais termófilo (que ama ou tolera o calor) conhecido."

"A descoberta mostrou que outros pesquisadores estavam errados sobre os limites de temperatura em que pode haver vida", disse Brock à BBC Mundo.

Nas fontes termais de Yellowstone e em outros lugares do planeta, a temperatura pode exceder 90 graus.

"É uma água subterrânea que foi acumulada em camadas profundas e aquecida pelo calor derivado do magma do centro da Terra ou por ação vulcânica", explicou à BBC Mundo a bióloga Sandra Baena, professora da Pontíficia Universidade Javeriana, em Bogotá, na Colômbia, e pesquisadora de micro-oganismos que vivem em condições extremas.

"Se você tem água quente no subsolo da Terra e possui falhas geológicas, ou seja, rachaduras, a água procurará uma saída."

A DESCOBERTA DA TAQ POLIMERASE E SEU PAPEL NA PCR

Os mecanismos biológicos que permitem que bactérias como a Thermus aquaticus possam sobreviver a altas temperaturas em fontes termais eram um tesouro a ser explorado pela ciência. Na década de 70, a pesquisadora Alice Chien e outros estudiosos da Universidade de Cincinnati, em Ohio, nos Estados Unidos, isolaram uma das enzimas da bactéria.

A nova enzima recebeu o nome de TAQ polimerase (TAQ é uma referência a Thermus aquaticus). A descoberta dessa enzima resistente a altas temperaturas acabou cruzando com outra história. E isso acabaria sendo crucial para um campo da ciência que avançava a passos lentos na segunda metade do século 20: o estudo do DNA e sua amplificação.

Kary Mullis desenvolveu uma técnica aumenta a quantidade do material genético, fazendo milhões e até bilhões de cópias de uma sequência específica de DNA, a chamada PCR. Mas qual a relação entre o PCR criado por Mullis e a descoberta da Taq Polimerase por Brock? A enzima, ou polimerase, usada na PCR para copiar o DNA é uma proteína. E, normalmente, as proteínas expostas a temperaturas muito elevadas perdem a estrutura original. A mudança fundamental foi a introdução da TAQ polimerase, a enzima isolada da bactéria encontrada por Brock, que resiste a altas temperaturas sem perder a estrutura. Esta enzima tem sua máxima atividade a 72 ̊C e pode resistir até cerca de 40 minutos a 95 ̊C.

Entenda melhor: o método desenvolvido por mullis é baseado no aquecimento e esfriamento da amostra de DNA em ciclos rápidos. O aquecimento separa os ''fios'' de DNA da dupla hélice em fitas simples, e logo a temperatura abaixa quando uma enzima, a DNA polimerase, copia ou replica cada fio separadamente. Entretanto, a DNA polimerase comum não resiste a altas temperaturas, e esse era um grande problema da técnica de PCR criada por Mullis. Então, sua idéia foi usar a Taq Polimerase descoberta por Brock, que resiste a altas temperaturas, para usar na PCR. O resultado foi surpreendente e a PCR foi otimizada.

"A PCR exige temperaturas que oscilem entre os 55 ̊C e os 95 ̊C, por isso necessitamos de enzimas que possam suportar altas temperaturas e se manter ativas ao longo da reação", explicou à BBC Mundo Domenica Marchese, pesquisadora do Centro Nacional de Análises Genômicas (CNAG-CRG) de Barcelona.

''Vamos imaginar, por exemplo, uma espiral de metal, como a que é usada para encadernar um livro. Se abrirmos a espiral e ao esticarmos, ele deixará de ser útil para a sua função. O mesmo acontece, normalmente, com a DNA polimerase quando ela é exposta a temperaturas elevadas e perde sua capacidade de sintetizar o DNA", disse Marchese.

REFERÊNCIA:

- Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a Nonsporulating Extreme Thermophile;