Por: Paula Valeska Stica

Uma das perguntas mais respondidas pelo GIA nos últimos tempos é se uma determinada espécie aquática invasora está, ou não, presente em um determinado corpo d’água. Por muito tempo, a comunidade científica fez uso de técnicas tradicionais de monitoramento para responder a essa pergunta: organismo de interesse é buscado no local, coletado, identificado e assim sua presença é confirmada. Para cada grupo biológico, existe uma gama de métodos de coleta, muitos dos quais exigem bastante em tempo e recursos, além de que muitas técnicas são invasivas, causando dano ao ecossistema e aos organismos. Com peixes, por exemplo, para descobrir se uma determinada espécie habita um riacho são usadas diversas técnicas de pesca, com aplicação de redes, criação de campos elétricos ou mesmo uso de veneno na água. Como alternativa, é possível detectar a presença do material genético deixado no ambiente pelo organismo durante suas atividades. Esse material é comumente chamado de DNA ambiental (eDNA). Para isso, são utilizados uma série de processos moleculares delicados: primeiro, o DNA contido em uma amostra de água é concentrado em membrana filtrante. Então, o DNA fixado no filtro é extraído e, posteriormente, é submetido a análise genética que detecta a presença do DNA alvo. Tudo isso precisa ser feito com muito cuidado para evitar a contaminação da amostra. Por esse motivo, é necessário uma equipe treinada, equipamentos sofisticados e reagentes de qualidade e pureza molecular. Por isso, o GIA está sempre de olho nas inovações tecnológicas que podem tornar o processo de análises de eDNA mais simples, rápido e  econômico.

Uma das principais ferramentas usadas em laboratórios de biologia molecular em todo o mundo é a Reação em Cadeia da Polimerase (mais conhecida como PCR, do inglês Polymerase Chain Reaction). Nesse procedimento, um segmento do DNA de um organismo é multiplicado exponencialmente ao longo de ciclos de aumento e redução da temperatura, com o objetivo de gerar uma quantidade de cópias suficiente para ser visualizada ou usada em análises posteriores. Por muito tempo, a PCR foi sinônimo de trabalho na bancada do laboratório, pois os equipamentos necessários para sua execução eram grandes, caros e sensíveis (Figura 1). Por esses motivos, muitas perguntas biológicas feitas em locais de difícil acesso não podiam ser respondidas devido à distância do laboratório. Porém, nos últimos anos essa técnica e muitas outras da biologia molecular evoluíram, foram modernizadas e vêm sendo submetidas a um processo de miniaturização. Essa evolução e redução do tamanho e peso dos equipamentos traz maior praticidade para a análise e permite a  realização de experimentos em campo. Em alguns casos, os aparatos necessários são tão compactos que podem ser levados em uma mochila. Atualmente, alguns grupos de pesquisa já realizam todas as etapas de análises de dados experimentais no local de coleta – mesmo sem acesso à internet ou eletricidade. No caso da PCR, na década de 1990, foram desenvolvidos dispositivos portáteis à bateria (pequenos o suficiente para serem acondicionados em maletas) nos quais podem ser inseridos microchips descartáveis que recebem e processam as amostras. Atualmente, o dispositivo portátil mais amplamente utilizado para esse fim é o miniPCR (Figura 2), que é capaz de processar até 16 amostras simultaneamente enquanto conectado, via Bluetooth, a um computador. 

Após a PCR, é comum a realização de uma eletroforese em gel (procedimento no qual fragmentos de DNA são separados por tamanho em um gel de agarose submerso em líquido tampão e conectado a uma corrente elétrica). Aparatos miniaturizados também foram desenvolvidos já na década de 1990 usando microcapilares para reduzir em muitas vezes o peso e espaço utilizado, podendo ser acoplados diretamente ao equipamento reduzido de PCR.



Figura 1. Termociclador de bancada, aparelho comumente usado para regular os ciclos de temperatura da PCR. 

Figura 2. Kit miniPCR, com destaque para o equipamento de eletroforese (1) e termociclador portátil (2)

Mais recentemente, no entanto, a substituição do laboratório moderno pelo campo passou a outro nível. Nos sequenciamentos genéticos, onde as “letras” que compõem o DNA dos organismos são lidas, tradicionalmente são necessários equipamentos grandes e pesados, que precisam ser mantidos em salas fechadas protegidos de intempéries ambientais. Nesse caso, as tecnologias de nova geração apostam em eficiência, baixo custo por amostra e confiabilidade dos dados, deixando a desejar na praticidade. O Nanopore é uma tecnologia que se tornou comercialmente disponível em 2005 trazendo portabilidade pela primeira vez a essa área. Os aparelhos sequenciadores de DNA dessa tecnologia chegam ao tamanho da palma da mão, podendo ser conectados, via USB, a um computador ou tablet. Tendo em mãos (literalmente) esta e as demais etapas laboratoriais otimizadas, hoje em dia é possível chegar ao centro isolado de uma floresta tropical com uma mochila cheia de equipamentos e voltar com um pendrive cheio de sequências genéticas relevantes em menos de 24h. Foi exatamente isso que pesquisadores dos EUA e Equador mostraram em um estudo publicado em 2018, intitulado “Real-time DNA barcoding in a rainforest using nanopore sequencing: opportunities for rapid biodiversity assessments and local capacity building”.

No futuro, responder se uma determinada espécie aquática invasora está ou não presente em um determinado local vai ser ainda mais rápido e prático para o GIA, com a promessa do desenvolvimento de ensaios LAMP (Loop mediated isothermal amplification), ou “Amplificação isotermal mediada por loops”, que é uma técnica já bem difundida no meio científico para multiplicação de fragmentos de DNA, e que tem o potencial de substituir a PCR. Essa técnica dispensa a necessidade da etapa de extração de DNA, podendo ser aplicada na amostra bruta no campo. Por ser isotermal, dispensa também um aparelho termociclador, que regula a temperatura dos ciclos da PCR. Além disso, seu resultado pode ser visualizado a olho nu, sem a adição de reagentes extras ou etapas de eletroforese. Assim, podemos esperar que no futuro qualquer pessoa consiga realizar o diagnóstico rápido da presença ou ausência de espécies invasoras ou mesmo a identificação de uma nova espécie.

Os estudos biológicos começam a viver uma nova era , ancorados na genética molecular.