Biochip

Biochip – Definição

Biochip é um conjunto de microarrays diminuídos que são colocados em um substrato forte que permite que muitos experimentos sejam executados ao mesmo tempo para obter um alto rendimento em menos tempo.

Este dispositivo contém milhões de elementos sensores ou biossensores. Ao contrário dos microchips, não são dispositivos eletrônicos.

Todo e qualquer biochip pode ser considerado um microrreator que pode detectar um analito específico como uma enzima, proteína, DNA, molécula biológica ou anticorpo.

A principal função desse chip é realizar centenas de reações biológicas em poucos segundos, como decodificar genes (uma sequência de DNA)

Biochip – O que é

Em biologia molecular, biochips são essencialmente miniaturizado laboratórios que podem realizar centenas ou milhares de reações bioquímicas simultâneas.

Os Biochips permitiram aos investigadores examinar rapidamente um grande número de analitos biológicos para uma variedade de propósitos, desde o diagnóstico da doença a detecção de bioterrorismo agentes.

Biochips são minúsculos laboratórios de análises clínicas do tamanho de um chip de computador, que prometem revolucionar o diagnóstico de doenças, permitindo que os exames laboratoriais sejam feitos em casa ou, no máximo, no próprio consultório médico.

Um biochip é um conjunto de microarrays diminuídos que são colocados em um substrato forte que permite que muitos experimentos sejam executados ao mesmo tempo para obter um alto rendimento em menos tempo.

Este dispositivo contém milhões de elementos sensores ou biossensores. Ao contrário dos microchips, não são dispositivos eletrônicos.

Todo e qualquer biochip pode ser considerado um microrreator que pode detectar um analito específico como uma enzima, proteína, DNA, molécula biológica ou anticorpo. A principal função desse chip é realizar centenas de reações biológicas em poucos segundos, como a decodificação de genes (uma sequência de DNA).

Uso de Biochip para controle de animais

Antigamente os donos de animais domésticos como cães e gatos utilizavam e utilizam ainda a coleira com uma plaquinha de identificação caso seu animal se perdesse nas ruas. Mas como elas podem ser removidas, alguém poderia retirar a identificação e ficar com o animal ou vende lo.

Hoje, desenvolveram um microchip similar ao código de barra e as fitas magnéticas como uma forma de identificação automática. Esses biochips podem implantados por meio cirúrgico ou de injeção.

O primeiro biochip foi inventado por uma empresa americana chamada Affymetrix, e o produto desta empresa é o GeneChip (DNA microarrays).

Esses produtos compreendem o número de sensores de DNA individuais usados para detectar defeitos. Biochip desempenha um papel essencial no campo da pesquisa em biologia, como biologia de sistemas, bem como biologia de doenças, enquanto o número de aplicações clínicas está aumentando.

É um conjunto de microarrays que são colocados sobre uma superfície forte de um substrato para permitir que milhares de reações sejam realizadas em menos tempo.

O desenvolvimento do biochip inclui principalmente a combinação de biologia molecular, bioquímica e genética. Os biochips são usados para analisar moléculas orgânicas conectadas a um organismo vivo.

O chip possui o tamanho de um grão de arroz e é biocompativel com o organismo animal para que não há rejeição.

O circuito não possui nenhuma bateria e só funciona quando é ativado por radio frequência para ser monitorado.

O dispositivo de leitura é um dispositivo de varredura ([scanner]) que ao mandar um sinal de baixa frequência, recebe de volta um numero de identificação e as informações de um banco de dados são lidas num display (LCD). Com isso a prefeitura poderá fazer o o controle de animais nas ruas, ter as informações dos animais, vacinas e dos donos e diminuir o numero de animais abandonados.

Biochip – DNA

O DNA é uma molécula que contém o programa de nossa evolução. Assim, o projeto pretende listar todas as milhões de linhas deste programa em “linguagem de máquina” contido dentro das nossas células.

Esse é o programa que, quando compilado, produz “hardwares” únicos e curiosos como você, caro leitor, e a senhora sua mãe (não, não é só o endereço que muda).

Como consequência desse projeto e de outras pesquisas afins, você deve também ter ouvido falar de transgênicos, clonagem de animais, biodiversidade, bioética e talvez até de biochips.

Entre a enorme complexidade técnica e as questões éticas cruciantes e prementes de alguns desses assun tos, resta alguma luz?

Sim; afinal, a “Informática Biológica” e a informática feita pelos humanos têm muito a ver, e às vezes uma até contribui com a outra. Assim, primeiro, um pouco do básico (afinal, temos que recuperar todas aquelas aulas de Biologia que você matou).

Aula de genética

Um fragmento de DNA é uma molécula longa e repetitiva, formada por unidades básicas simples (as bases A, T, C e G) perfiladas uma após a outra, em sequência. Milhares dessas bases formam um gene, cada um deles responsável por produzir uma “coisa” diferente no corpo (músculos, hormônios etc.). O conjunto de todos os genes que formam um organismo é chamado de genoma. O humano, por exemplo, é composto de mais ou menos 3 bilhões de bases de DNA.

O DNA tem alguns atributos interessantes, dentre eles:

1. Contém informação para produzir mensagens moleculares (o RNA) que são “computadas” pela célula que assim produz moléculas ativas (proteínas).
2. Fisicamente, o DNA é como um zíper, que quando “quer” se multiplicar abre-se e a célula se encarrega de completar as duas metades, produzindo uma nova cópia completa e idêntica ao modelo.
3. Quando o zíper esta aberto, ele é capaz de reconhecer e ligar-se a outros pedaços de DNA complementares a si próprios.
4. O processo de multiplicação é “flexível”, permitindo que pequenas variações sejam introduzidas nos DNA-filhos, que podem ser melhores que o modelo. Ou seja, evoluem.

Cada uma dessas propriedades gerou problemas interessantes que requerem recursos maciços de computação. Ou, ainda, criaram elas próprias novas fosrmas e métodos de computar.

Poucos anos atrás, por exemplo, um cientista percebeu que poderia utilizar a propriedade número 2, combinada a um algoritmo recursivo simples, implementado concretamente para criar um sistema para copiar DNA.

Ele percebeu que seria possível “abrir o zíper” e copiar a molécula num tubo de ensaio. No ciclo seguinte, tanto o DNA original quanto a cópia funcionavam como modelo para criar um total de quatro cópias, e assim sucessivamente, multiplicando exponencialmente o número de cópias idênticas do DNA inicial no tubo. Isso funcionou tão bem que revolucionou toda a Biologia, rendendo ao seu inventor o prêmio Nobel.

Enfim, o tal do biochip

Biochip

Como decorrência da propriedade número 3, fica relativamente fácil “pescar” dentro de uma célula um DNA que se procure. Isso permitiu a criação de biochips.

Um biochip (ou chip de DNA) é um dispositivo que é capaz de reconhecer e se ligar a determinadas moléculas de DNA. Apesar de haver milhões de moléculas de DNA parecidas na célula, o “zíper” da molécula só se fecha quando ele encontra sua “cara metade” perfeita. Essa característica já era conhecida e utilizada anteriormente, em pequena escala; mas, com a avalanche de novos genes descobertos pelo Projeto Genoma, criou-se urgência por um método rápido que desse pistas sobre o que cada gene faz. Afinal, ler uma listagem de um programa com três bilhões de caracteres sem nenhum comentário não é nada fácil.

Tecnicamente, o que tornou possível a criação dos biochips foi a integração e criação de técnicas de várias áreas diferentes como a Óptica, a Bioquímica, a Robótica e a Computação, entre outras.

Isso permitiu que milhares ou até centenas de milhares de fragmentos de DNA diferentes fossem colocados em uma única pastilha de vidro, do tamanho de um chip de computador. Com esse exército de “zíperes” abertos, cada um correspondendo a um gene diferente, tornou-se possível interceptar, capturar e medir todas as mensagens (RNAs) que a célula estava produzindo, antes que as mensagens chegassem aos centros de produção de proteína da célula. Pronto, agora você tem uma radiografia de corpo inteiro da célula, mostrando tudo que ela está fazendo no momento.

Esse processo é chamado de “análise da expressão gênica”. Expressão, porque a maneira como o gene se “expressa” é através dos seus produtos, do RNA e, indiretamente, através das proteínas.

O tipo e a quantidade de cada produto é fundamental para o bom funcionamento da célula, e o biochip é capaz de revelar desequilíbrios que em alguns casos indicam tumores ou outras doenças de origem genética em diferentes estágios de avanço.

Aplicações do Biochip

Biochips

De um modo geral, os Biochips são utilizados para o estudo da estrutura de genomas inteiros no estudo da expressão de genes ativos, ordenamento e sequenciamento dos genes, determinação das variantes genéticas, se fazer o diagnóstico de doenças e várias outras aplicações estão surgindo.

As aplicações no estudo de genomas inteiros, implicam inicialmente em determinar e ordenar seqüências de DNA dos vários cromossomos constituintes do genoma (cromossomos do genoma humano por exemplo).

Para o ordenamento e localização dos genes envolvidos algumas vezes com doenças genéticas utiliza-se de polimorfismos (variações) de um único nucleotídeo (SNPs).

Os SNPs podem ser úteis também no diagnóstico. O polimorfismo do tipo SNP é um fenômeno genético muito interessante pois na maioria das vezes, essas variações nos genes humanos levam à existência de fenótipos normais alternativos (que não causam doença). Contudo, em nível de DNA, o estudo destas variações podem levar a respostas mais precisas, determinação de graus de risco, susceptibilidade ou resistência a enfermidades. Isto poderá futuramente facilitar o prognóstico para várias doenças complexas como diabetes, infarto do miocárdio, hipercolesterolemia, etc. Assim, o diagnóstico de uma predisposição genética poderá ser antecipado. Com o gene identificado, pode-se então escolher um tratamento específico ou uma melhor opção de tratamento.

O estudo de polimorfismos entre indivíduos poderá também ser muito útil quando houver a necessidade de selecionar indivíduos doadores de órgãos, pois, o sistema HLA é constituído de uma série de genes polimórficos responsáveis pelas proteínas envolvidas na resposta imune.

A identificação de polimorfismos entre seqüências de DNA de diferentes populações, ou entre seqüências de diferentes espécies, permitirá também, um entendimento de como as variações genéticas atuam nos processos evolutivos.

Outra aplicação, é estudar a resposta de células humanas a uma droga específica. Isto pode ser feito expondo-se previamente uma cultura de células a uma determinada droga, em seguida o mRNA transcrito do DNA exposto à droga será colocado no biochip. Devido à propriedade da complementariedade de bases, o mRNA previamente marcado com uma sonda específica, hibridiza com o DNA indicando a alteração que ocorreu devido a ação da droga. As mudanças identificadas no biochip são lidas e mostradas como pontos coloridos na tela de um computador.

A seqüência modificada é identificada e comparada com a seqüência original. A alteração pode caracterizar uma mutação ou até mesmo indicar a desativação de um gene.

Com o uso dessa técnica, pode-se então prever se um indivíduo vai ou não apresentar uma reação a uma droga em particular. Ao identificar os efeitos, nocivos ou não, que as drogas causam, novas drogas surgirão.

A partir desse momento a medicina e as industrias farmacêuticas também apresentarão modificações. O diagnóstico das doenças será mais preciso e o tratamento mais específico e eficaz.

Além do estudo da resposta celular às substâncias tóxicas, o comportamento das células cancerosas também poderá ser investigado. Mudanças nos genes Supressores de Tumor (p53), ou nos Oncogenes poderão ser detectadas mais facilmente e predizer-se se como um tumor em particular responde a uma droga específica.

As modificações ambientais também poderão ser testadas através da análise do mRNA de plantas submetidas a inseticidas ou herbicidas.

A identificação da resposta aos efeitos destes permitirá o desenvolvimento de técnicas mais eficientes para o controle do ambiente. Alguns cientistas já admitem que será possível, a longo prazo, modificar-se até mesmo o ciclo de vida de uma planta.

Essas aplicações são somente alguns exemplos, da utilidade de biochips para análise de genomas. Certamente, muitas outras já estão sendo desenvolvidas; principalmente se considerarmos que os chips de DNA podem se associar a outros instrumentos da física e ou da informática, que acarretará um avanço enorme previsto nesta ferramenta.

Um dos problemas para a utilização precisa do biochip é o desenvolvimento adequado, principalmente em relação ao tamanho deste (miniaturização), em relação às sondas que são usadas para hibridizar com as seqüências conhecidas, etc.

No entanto, o problema maior já está praticamente resolvido: o de que as seqüências do DNA genomas inteiros já podem ser analisadas por um processo rápido, automático e informatizado.

Princípio de funcionamento de um biochip

O funcionamento do Biochip inclui principalmente as seguintes etapas:

Etapa 1: o operador gera um campo eletromagnético de baixa potência por meio de sinais de rádio
Etapa 2: o biochip fixo é ativado
Passo 3: O chip ativado transmite o código de identificação de forma reversa para o operador por meio de sinais de rádio
Passo 4: O leitor fortalece o código recebido para transformá-lo em formato digital e finalmente exibi-lo no LCD.

Um Biochip brasileiro

Pesquisadores da Universidade de Mogi das Cruzes (SP), desenvolveram um biochip com quase todos os genes da bactéria causadora da praga do amarelinho, a Xylella fastidiosa.

Após terem seqüenciado os genes da bactéria, o passo fundamental é identificar o gene responsável pela interação da bactéria com a planta, e, assim desenvolver mecanismos eficazes para combater a doença.

Para a genética brasileira esse é um passo significativo.

Fonte: wessimallegue.medium.com/www.geeksforgeeks.org/www.biomania.com.br/www.elprocus.com