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Nilo Ocidental, Zika, dengue e malária são doenças transmitidas por picadas de mosquitos infectados. Para rastrear a ameaça de tais doenças em grandes populações, os cientistas precisam saber onde estão os mosquitos, onde estiveram e para onde podem ir.
Mas acredite em Rebekah Kading, pesquisadora da Colorado State University que estuda arbovírus transmitidos por mosquitos: rastrear mosquitos não é uma tarefa fácil. A captura, marcação e soltura de mosquitos individuais – como é comumente feito com morcegos e outros portadores de doenças – seria ridículo, se não impossível. Uma técnica comum de rastreamento de mosquitos envolve mergulhar os insetos em pó fluorescente e deixá-los voar, mas a prática é propensa a erros e não é confiável.
Graças a uma colaboração com os engenheiros da CSU, Kading e seus colegas estão apresentando uma maneira melhor de realizar o rastreamento de mosquitos para aplicações de doenças. Seu novo método, que envolve fazer larvas de mosquitos comerem partículas inofensivas feitas inteiramente de DNA e proteínas, tem o potencial de revolucionar a forma como as pessoas estudam doenças transmitidas por mosquitos.
As partículas comestíveis de marcadores de mosquitos são obra de Chris Snow, professor associado do Departamento de Engenharia Química e Biológica. Nos últimos anos, a equipe de Snow desenvolveu cristais de proteínas microscópicos e porosos que se automontam a partir de uma proteína originalmente encontrada em Camplyobacter jejuni bactérias. Desde a invenção desses cristais de proteína não tóxicos muito pequenos que apresentam matrizes de poros altamente precisos, a equipe de Snow tem explorado diversas aplicações para eles, como a captura de partículas de vírus para facilitar o teste de águas residuais.
Anos atrás, eles descobriram que podiam inserir corantes fluorescentes ou DNA sintético em seus cristais com muita facilidade, e o DNA não se movia mesmo após várias lavagens e exposição a solventes. “Por puro acidente, encontramos um material que se apega muito, muito fortemente aos ácidos nucléicos”, disse Snow. Ele começou a pensar que esses trechos de DNA poderiam agir como “códigos de barras” dentro dos cristais porosos, fornecendo impressões digitais únicas de informações.
Kading, que é professor associado do Departamento de Microbiologia, Imunologia e Patologia, ouviu falar da pesquisa de Snow e pensou: esses pequenos códigos de barras de cristal projetados poderiam ser usados em um aplicativo de marcação de mosquitos? Kading e Snow tomaram café e conversaram.
Isso foi em 2017. Desde então, a colaboração que agora se chama carinhosamente de equipe “Dark Crystal” realizou uma série de experimentos que demonstram a utilidade dos códigos de barras de Snow como tags capazes de rotular milhões de mosquitos individuais. Até agora, os resultados são promissores.
Larvas de mosquito comem códigos de barras
Veja como eles fazem isso: larvas de mosquito ingerem biomassa saborosa que é pré-carregada com os cristais de DNA em solução. À medida que os mosquitos se tornam adultos, os cristais de DNA permanecem intactos em suas entranhas, criando um código que pode ser lido posteriormente por meio de técnicas de laboratório, como a reação quantitativa em cadeia da polimerase.
Eles descrevem os detalhes em um artigo publicado recentemente no PNAS Nexus. No verão de 2020 e 2021, a equipe experimentou os cristais de marcação de mosquitos em pequenos locais piloto no leste de Fort Collins. No verão seguinte, a equipe de Kading repetiu os experimentos em outras áreas da cidade e agora analisa os resultados.
O método que os pesquisadores estão demonstrando é único em um aspecto importante: ao contrário da marcação convencional de mosquitos, na qual mosquitos adultos são extraídos de armadilhas e analisados quanto a doenças, os códigos de barras de DNA são ingeridos pelos mosquitos em seus estados larvais, persistindo com eles à medida que se tornam adultos. Dessa forma, os pesquisadores podem rastrear não apenas onde os mosquitos foram parar, mas também onde começaram e como se moveram. Tais percepções podem ser críticas para aplicações de vigilância de doenças no futuro, disse Kading.
“Poderíamos ter um mapa da paisagem de mosquitos sendo produzidos em uma determinada área”, disse Kading. “Poderíamos identificar pontos críticos para a produção de mosquitos. Acho que isso acrescentaria toda uma outra dimensão de conhecimento às operações de vigilância e controle de mosquitos em tempo real que já estão em vigor”.
Snow, por sua vez, está fascinado com a ideia de que seus cristais de proteína projetados possam ser usados em um aplicativo de vigilância de doenças como o de Kading. “É bom porque é um pouco estranho”, disse ele. “É criativo – nunca vi ninguém tentar algo semelhante. E é um lugar divertido para se estar – fazer algo útil, mas também completamente sem precedentes.”
Direções futuras
Como estão usando apenas fragmentos de DNA sintético, os pesquisadores podem incluir milhares de códigos de barras por lote de mosquitos, o que significa milhares de assinaturas individuais. Kading quer experimentar um componente temporal da marcação: fazer as larvas do mosquito ingerirem diferentes códigos de barras a cada semana, para que os pesquisadores possam dizer não apenas onde os mosquitos começaram e terminaram, mas também quando comeram quais códigos de barras. Ela também pretende expandir os experimentos para ambientes tropicais, onde as doenças transmitidas por mosquitos são uma ameaça diária.
Usar cristais de proteína de DNA para marcar mosquitos tem muito potencial, mas, como todos os bons cientistas, a equipe tem muito mais perguntas a responder. Por um lado, eles não sabem exatamente por que os fragmentos de DNA persistem tão bem nas entranhas do mosquito. Eles também querem saber quanto tempo os códigos de barras duram no intestino do mosquito e se há maneiras de aumentar o desempenho, talvez projetando os cristais para serem ainda mais pegajosos. Finalmente, a escalabilidade é um grande fator. A tecnologia poderia funcionar em laboratório, mas e em uma aplicação comercial?
Kading, Snow e suas equipes estão ansiosos para encontrar as respostas juntos. “Esta foi uma grande colaboração interdisciplinar”, disse Kading. “Tem sido divertido aprender uns com os outros e interagir com disciplinas completamente diferentes.”
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