Ácido desoxirribonucleico
Ácido desoxirribonucleico é um polímero composto por duas cadeias polinucleotídicas que se enrolam umas sobre as outras para formar uma dupla hélice. O polímero carrega instruções genéticas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reprodução de todos os organismos conhecidos e muitos vírus. O ADN e o ácido ribonucleico (RNA) são ácidos nucleicos. Ao lado de proteínas, lipídios e carboidratos complexos (polissacarídeos), os ácidos nucléicos são um dos quatro principais tipos de macromoléculas essenciais para todas as formas de vida conhecidas.
O ADN é um longo polímero formado por unidades repetidas chamadas nucleotídeos. A cadeia de ADN tem 2,2 a 2,4 nanómetros de largura, e um nucleotídeo possui aproximadamente 0,33 nanómetros de comprimento. Embora os monômeros (nucleotídeos) que constituem o ADN sejam muito pequenos, os polímeros de ADN podem ser moléculas enormes, com milhões de nucleotídeos. Por exemplo, o maior cromossomo humano (cromossomo 1), possui 220 milhões de pares de bases de comprimento. Uma molécula de ADN do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento, encapsulada em um núcleo celular de 6 µm, o equivalente a acomodar uma linha de 40 km de comprimento em uma bola de tênis. Em organismos vivos, o ADN não existe como uma molécula única (cadeia simples), mas sim como um par de moléculas firmemente associadas. As duas longas cadeias de ADN enrolam-se como uma trepadeira formando uma dupla hélice. Os nucleotídeos estão presentes em ambas as cadeias da dupla hélice, unidos com nucleótidos da mesma cadeia por ligações fosfodiéster e à cadeia complementar por meio de pontes de hidrogénio formadas pelas suas bases. Em geral, uma base ligada a um açúcar é chamada nucleosídeo e uma base ligada a um açúcar e um ou mais fosfatos é chamada nucleotídeo. Portanto, o ADN pode ser referido como um polinucleotídeo.
Emparelhamento de bases
Cada tipo de base numa cadeia forma uma ligação com apenas um tipo de base na outra cadeia. Este comportamento é designado de complementariedade de bases. Assim, as purinas formam pontes de hidrogênio com pirimidinas, i.e. A liga-se com T e C com G. Este arranjo de dois nucleotídeos complementares na dupla hélice é chamado par de bases. Além das pontes de hidrogênio entre as bases, as duas cadeias são mantidas juntas devido a forças geradas por interações hidrofóbicas entre as bases empilhadas, a qual não é influenciada pela sequência do ADN. Como as pontes de hidrogênio não são ligações covalentes, podem ser quebradas e reunidas com relativa facilidade. Desta forma, as duas fitas da dupla hélice de ADN podem ser separadas como um zíper (fecho de correr) por força mecânica ou altas temperaturas. Como resultado desta complementariedade, toda a informação contida numa das cadeias de ADN está também contida na outra, o que é fundamental para a replicação do ADN.
Sulcos
O ADN normalmente encontra-se em forma de uma espiral dextrógira (gira para a direita, ou no sentido horário). Portanto, as duas cadeias de nucleotídeos giram uma sobre a outra e acabam por formar sulcos entre as cadeias de fosfato, deixando expostas as faces das bases nitrogenadas que não estão unidas por pontes de hidrogênio com a base complementar. Há dois tipos de sulcos na superfície da dupla hélice: um com 22 Å denominado sulco maior e um com 12 Å designado de sulco menor. A principal função dos sulcos do ADN é fornecer a informação acerca das bases que se encontram ligadas numa determinada região da dupla cadeia sem necessidade de abertura. O sulco maior oferece maior acessibilidade para ligação com proteínas do que o sulco menor. Um exemplo disto é a TBP (TATA-binding protein) uma importante proteína para a transcrição em eucariotas.
Senso e antissenso
Uma sequência de ADN é chamada de senso se possui a mesma sequência do ARNm. A cadeia oposta (complementar) à cadeia "senso" é denominada sequência antissenso. Como a ARN polimerase sintetiza um ARN que é complementar à fita molde, então podemos dizer que ela utiliza a cadeia antissenso como molde para produzir um ARN. As sequências senso e antissenso podem existir em diferentes partes da mesma cadeia de ADN, que pode ser de um lado ou do outro, dependendo de onde se encontra a sequência codificadora. Às vezes não é possível dizer qual é a cadeia senso ou antissenso. Isto acontece devido à existência de genes que se sobrepõem. Neste caso ambas as cadeias dão origem a um ARN. Nas bactérias, a sobreposição pode estar envolvida da regulação da transcrição.
Superenrolamento
O ADN pode ser torcido num processo denominado superenrolamento. No estado relaxado do ADN, uma fita normalmente dá uma volta completa ao eixo da dupla hélice a cada 10,4 pares de base, mas se o ADN está torcido, as cadeias ficam mais ou menos enroladas. Se o ADN está torcido na direção da hélice, é denominado um superenrolamento positivo e as bases estão unidas mais firmemente. Já o superenrolamento negativo refere-se a uma torção na direção oposta, resultando num afrouxamento das bases. Na natureza, o ADN apresenta um ligeiro superenrolamento negativo que é causado pela ação da enzima topoisomerase. Estas enzimas também são necessárias para aliviar o estresse de torção causado no ADN durante os processos de transcrição e replicação.
Estrutura alternativa da dupla hélice
O ADN pode existir em muitas formações diferentes. As formações mais comuns são: ADN-A, ADN-B, ADN-C, ADN-D, ADN-E, ADN-H, ADN-L, ADN-P, e ADN-Z. Porém, só as formações de ADN A, B e Z foram encontradas em sistemas biológicos naturais. A formação que o ADN adopta depende de vários fatores da própria sequência de ADN: a intensidade e direção do superenrolamento, modificações químicas das bases e a solução na qual o ADN está presente (ex.: concentração de metais, iões e poliaminas). Das três formações referidas, a forma “B” é a mais comum nas condições encontradas nas células. A forma “A” corresponde à espiral dextra mais larga, com um sulco menor largo e superficial e um sulco maior estreito e profundo. A forma “A” ocorre sob condições não fisiológicas em amostras de ADN desidratadas, enquanto na célula pode ser produzida por pareamento híbrido de ADN e ARN ou pelo complexo enzima-ADN.
Estruturas em quadrúplex
Nas extremidades do cromossomas lineares estão zonas especializadas do ADN chamadas telómeros. A função principal destas regiões é permitir que a célula replique as extremidades do cromossoma usando a enzima telomerase, porque enzimas que permitem replicar ADN normalmente não conseguem copiar as extremidades 3' dos cromossomas. Estas tampas de cromossoma especializadas também ajudam a proteger as extremidades do ADN, e evitam que o sistema de reparação de ADN elimine estas regiões como erros que precisassem de ser corrigidos. Em células humanas, os telómeros têm normalmente vários milhares de repetições de uma sequência simples (TTAGGG). Estas sequências ricas em guanina podem estabilizar as extremidades dos cromossomas formando estruturas de unidades de quatro bases empilhadas, ao invés dos pares de base usuais encontrados em outras moléculas de ADN. Quatro bases de guanina formam uma placa chata e depois estas unidades chatas de quatro bases empilham-se no topo umas das outras, para formarem estruturas quadrúplex-G estáveis. Estas estruturas são estabilizadas por pontes de hidrogénio entre as margens das bases e por quelação de um ião metálico no centro de cada unidade de quatro bases. Outras estruturas podem também ser formadas, com o conjunto central de quatro bases provenientes de uma cadeia simples enrolada à volta das bases ou de diversas cadeias paralelas, cada uma contribuindo com uma base para a estrutura central.
Modificações de bases
A expressão de genes é influenciado pela maneira como o ADN está disposto nos cromossomas, numa estrutura chamada cromatina. As modificações de bases podem estar envolvidas na disposição, com as regiões quem tem expressão génica baixa ou inexistente contendo usualmente níveis elevados de metilação de citosina. Por exemplo, a metilação de citosina produz 5-metilcitosina, que é importante na inactivação do cromossoma X. O nível médio de metilação varia entre organismos - o verme Caenorhabditis elegans tem pouca metilação da citosina, enquanto vertebrados têm níveis mais elevados, com até 1% do seu ADN contendo 5-metilcitosina Apesar da importância da 5-metilcitosina, esta pode desaminar transformando-se em timina. Citosinas metiladas são por isso especialmente susceptíveis de sofrer mutações. Outras modificações de bases incluem metilação de adeninas em bactérias e glicosilação do uracilo para produzir a "base-J" em organismos da classe Kinetoplastida.
Danos ao ADN
O ADN pode ser danificado por muitos tipos diferentes de mutagénios, que alteram a sequência de ADN. Estes incluem agentes oxidantes, agentes alquilantes e também por radiação electromagnética de grande energia tal como luz ultravioleta e raios-X. O tipo de dano ao ADN produzido depende do tipo de mutagénio. A luz ultravioleta, por exemplo, pode danificar o ADN produzindo dímeros de timina, que são ligações cruzadas entre pirimidinas. Por outro lado, oxidantes como radicais livres ou peróxido de hidrogénio produzem múltiplos tipos de danos, incluindo modificações de bases, em particular guanosina, e quebras das cadeias duplas. Em cada célula humana, cerca de 500 bases podem sofrer danos por oxidação por dia. As quebras da cadeia dupla são lesões oxidativas de difícil reparação, que podem produzir mutações pontuais, inserções e delecções, assim como translocações cromossómicas.
O ADN ocorre normalmente como cromossomas lineares em eucariotas e como cromossomas circulares em procariotas. O conjunto dos cromossomas numa célula perfazem o seu genoma; o genoma humano tem aproximadamente 3 mil milhões de pares de base dispostos em 46 cromossomas. A informação transportada pelo ADN está contida nas sequências de ADN chamados genes. A transmissão da informação dos genes é conseguida pela complementaridade do emparelhamento das bases. Por exemplo, na transcrição, quando uma célula usa a informação num gene, a sequência de ADN é copiado para uma sequência de ARN complementar por meio da atracção entre o ADN e os nucleotídeos de ARN correctos. Esta cópia de ARN pode ser depois usada para compor uma sequência proteica correspondente no processo de tradução, que depende da mesma interacção entre nucleotídeos de ARN. Alternativamente, uma célula pode simplesmente copiar a sua informação genética num processo chamado replicação do ADN.
Genes e genomas
O ADN genómico está localizado no núcleo celular dos eucariontes, assim como em pequenas quantidades em mitocôndrias e em cloroplastos. Em procariontes, o ADN está dentro de um corpo de forma irregular no citoplasma chamado nucleóide. A informação genética num genoma está nos genes, e o conjunto completo desta informação num organismo é chamado o seu genótipo. Um gene é a unidade básica da hereditariedade e é uma região do ADN que influencia uma característica particular num organismo. Genes contêm uma fase aberta de leitura que pode ser transcrita, assim como sequências reguladoras tais como promotores ou acentuassomos, que controlam a transcrição da fase aberta de leitura.
Transcrição e tradução
Um gene é uma sequência de ADN que contêm informação genética e pode influenciar o fenótipo de um organismo. Dentro de um gene, a sequência de bases ao longo de uma cadeia de ADN definem uma cadeia de ARN mensageiro, que por sua vez define uma ou mais sequências proteicas. A relação entre a sequência de nucleótidos de um gene e a sequência de aminoácidos de uma proteína é determinada pelas regras de tradução, conhecidas colectivamente como o código genético. O código genético consiste de 'palavras' de três letras chamadas codões formadas por uma sequência de três nucleótidos (p.e. ACU, CAG, UUU). Na transcrição, os codões de um gene são copiados para um ARN mensageiro pela ARN polimerase. Esta cópia de ARN é depois descodificada por um ribossoma que lê a sequência de ARN emparelhando o ARN mensageiro com o ARN de transferência, que carrega aminoácidos. Uma vez que há quatro bases em combinações de 3 letras, há 64 codões possíveis ( 4 3 {\displaystyle 4^{3}} combinações). Estas codificam os vinte aminoácidos, dando à maioria dos aminoácidos mais do que um codão possível. Há também três codões 'stop' ou 'nonsense' significando o fim da região codificante; estes são os codões UAA, UGA e UAG.
Replicação
A divisão celular é essencial para que um organismo cresça, mas quando uma célula se divide tem de replicar o ADN do seu genoma para que as duas células-filha tenham a mesma informação genética que a célula parental. A estrutura em dupla-hélice do ADN fornece um mecanismo simples para a sua replicação. As duas cadeias são separadas e sequências de ADN complementares a cada uma das cadeias são recriadas por uma enzima chamada ADN polimerase. Esta enzima constrói a cadeia complementar encontrando a base correcta por intermédio do emparelhamento com a base complementar, e ligando-a à cadeia original. Como as polimerases de ADN só conseguem fazer a extensão de uma cadeia de ADN na direcção 5' para 3', outros mecanismos são usados para copiar a cadeia antiparalela da dupla hélice. Desta forma, a base presente na cadeia antiga determina que base vai aparecer na nova cadeia e a célula acaba com uma cópia perfeita do seu ADN.
Todas as funções do ADN dependem de interacções com proteínas. Estas interacções com proteínas podem ser não específicas, ou a proteína pode ligar-se especificamente a uma única sequência de ADN. Algumas enzimas também se podem ligar ao ADN. Destas, as polimerases que copiam as sequências de ADN na transcrição e replicação são particularmente importantes.
Proteínas que se ligam ao ADN (DNA-binding)
Proteínas estruturais que se ligam ao ADN são exemplos bem estudados de interacções não específicas ADN-proteínas. Nos cromossomas, o ADN está ligado a proteínas estruturais formando complexos. Estas proteínas organizam o ADN numa estrutura compacta, a cromatina. Em eucariontes esta estrutura envolve a ligação do ADN a um complexo de pequenas proteínas básicas chamadas histonas, enquanto em procariontes estão envolvidas vários tipos de proteínas. As histonas formam um complexo em forma de disco, o nucleossoma, que contém duas voltas completas de ADN de cadeia dupla à sua volta. Estas interacções não específicas formam-se quando os resíduos básicos das histonas fazem ligações iónicas ao esqueleto açúcar-fosfato acídico do ADN, e por isso são largamente independentes da sequência de bases. Modificações químicas nestes resíduos de amino-ácidos incluem metilação, fosforilação e acetilação. Estas mudanças químicas alteram a força da interacção entre o ADN e as histonas, tornando o ADN mais ou menos acessível a factores de transcrição e mudando a taxa de transcrição. Outras proteínas com ligação a ADN não específicas incluem o grupo de proteínas de alta mobilidade, que se ligam a ADN dobrado ou distorcido. Estas proteínas são importantes pois dobram conjuntos de nucleossomas e organizam-nos em estruturas maiores que constituem os cromossomas.
Enzimas que modificam o ADN
As nucleases são enzimas que cortam as cadeias de ADN mediante a catálise da hidrólise das ligações fosfodiéster. As nucleases que hidrolisam nucleótidos a partir dos extremos das cadeias de ADN denominam-se exonucleases, enquanto as endonucleases cortam no interior das cadeias. As nucleases que se utilizam com maior frequência em biologia molecular são as enzimas de restrição, endonucleases que cortam o ADN em sequências específicas. Por exemplo, a enzima EcoRV, mostrada à esquerda, reconhece a sequência de 6 bases 5′-GAT|ATC-3′ e faz um corte em ambas as cadeias na linha vertical indicada, gerando duas moléculas de ADN. Outras enzimas de restrição geram, no entanto, extremidades coesivas, já que cortam de forma diferente as duas cadeias de ADN. Na natureza, estas enzimas protegem as bactérias contra as infecções de fagos, ao digerir o ADN do fago quando entra através da parede bacteriana, actuando como um mecanismo de defesa. Em biotecnologia, estas nucleases específicas utilizam-se na clonagem molecular e na técnica de impressão de ADN ( fingerprinting, em inglês).
Uma hélice de ADN normalmente não interage com outros segmentos de ADN. Nas células humanas os diferentes cromossomas ocupam áreas separadas no núcleo celular denominadas “territórios cromossómicos”. A separação física dos diferentes cromossomas é importante para que o ADN mantenha a sua capacidade de funcionar como um armazém estável de informação. Um dos poucos momentos em que os cromossomas interagem é durante o sobrecruzamento cromossómico (chromosomal crossover, em inglês), durante o qual se recombinam. O sobrecruzamento cromossómico ocorre quando duas hélices de ADN se rompem, sofrem intercâmbio e se unem novamente. A recombinação permite aos cromossomas trocar informação genética e produzir novas combinações de genes, o que aumenta a eficiência da selecção natural e pode ser importante na evolução rápida de novas proteínas. Durante a profase I da meiose, uma vez que os cromossomas homólogos estão perfeitamente emparelhados formando estruturas que se denominam bivalentes, produz-se o fenómeno de sobrecruzamento ou entrecruzamento (crossing-over), no qual os cromatídeos homólogos não irmãos (procedentes do pai e da mãe) trocam material genético. A recombinação genética resultante faz aumentar em grande medida a variação genética entre a descendência de progenitores que se reproduzem por via sexual. A recombinação genética também pode estar implicada na reparação do ADN, em particular na resposta celular às roturas da dupla cadeia (double-strand breaks).
O ADN contém a informação genética que permite à maioria dos organismos vivos funcionar, crescer e reproduzir-se. No entanto, desconhece-se o intervalo de tempo durante o qual ele exerceu esta função nos ~3000 milhões de anos desde a história da vida, já que se propôs que as formas de vida mais precoces poderiam ter utilizado ARN como material genético. O ARN poderia ter funcionado como parte central de um metabolismo primordial, já que pode transmitir informação genética e simultaneamente actuar como catalisador, formando parte das ribozimas. Este antigo mundo de ARN onde os ácidos nucleicos funcionariam como catalisadores e como armazéns de informação genética, poderia ter influenciado na evolução do código genético actual, baseado em quatro nucleótidos. Isto se deveria a que o número de bases únicas num organismo é determinado entre um número pequeno de bases (o que aumentaria a precisão da replicação) e um número grande de bases (que por sua vez aumentaria a eficiência catalítica das ribozimas).
Descoberta
A história do ADN começa no final da década de 1860, com a chegada do bioquímico e médico suíço Friedrich Miescher (1844-1895) à Universidade de Tübingen, uma pacata cidade no sul da Alemanha. O jovem pesquisador estava disposto à dedicar-se ao estudo da química da célula e escolheu essa universidade porque nela o químico Felix Hoppe-Seyler (1825-1895) havia inaugurado um importante laboratório de química fisiológica. Na época floresciam ideias a respeito das origens e funções das células, após a queda da teoria da geração espontânea. A teoria celular estabelecia-se como um dos pilares da Biologia. Por tudo isso, as células atraíam a atenção de estudantes entusiasmados, como Miescher.
Elucidação da composição química
As desconfianças quanto à real existência da nova substância descrita por Miescher só foram superadas por volta de 1889, quando Richard Altmann (1852-1900) obteve preparações altamente purificadas de nucleína, sem nenhuma contaminação por proteínas. Pelo fato de a substância ter caráter ácido, o que já havia sido detectado por Miescher, Altmann sugeriu que ela fosse chamada de ácido nucléico em vez de nucleína. Outro pesquisador pioneiro na descoberta foi Albrecht Kossel (1853-1927). Em 1877, ele juntou-se ao grupo de pesquisa de Hoppe-Seyler, então trabalhando na Universidade de Estrasburgo (França), e começou a estudar a composição química das nucleínas. Kossel detectou dois tipos de bases nitrogenadas já conhecidas, a adenina e a guanina. Em 1893, identificou uma nova base nitrogenada, que era liberada pela degradação de nucleína das células do timo; por isso denominou-a timina. Logo em seguida, descobriu que a nucleína continha um quarto tipo de base nitrogenada, a qual denominou citosina. Em 1894, o grupo liderado por Kossel descobriu que os ácidos nucleicos continham também pentose, um açúcar com cinco átomos de carbono. Em reconhecimento às suas contribuições na área, foi agraciado em 1910 com o Nobel de Fisiologia ou Medicina.
Descoberta da transformação
Frederick Griffith fez uma importante observação no curso dos experimentos com a bactéria Streptococcus pneumoniae em 1928. Esta bactéria, que causa pneumonia em humanos, normalmente é letal em camundongos. Entretanto algumas linhagens desta espécie de bactérias eram menos virulentas (menos capazes de causar doenças ou morte). Nos experimentos de Griffith, ele usou duas linhagens distinguíveis pelas suas colônias quando cultivadas em laboratório. Uma linhagem era um tipo normalmente virulento e mortal para a maioria dos animais de laboratório. As células desta linhagem estão envoltas em uma cápsula de polissacarídeo, dando às colônias em aspecto liso, sendo esta linhagem identificada com S (smooth, em inglês). A outra linhagem de Griffith era um tipo mutante não virulento que crescia em camundongos. Nesta linhagem, a capa de polissacarídeo está ausente, dando às colônias um aspecto rugoso. Esta linhagem é chamada R (rough, em inglês).
Experimento de Hershey-Chase
Os experimentos feitos por Avery e seus colegas foram definitivos, mas muitos cientistas mostraram-se muito relutantes em aceitar o ADN (e não as proteínas) como material genético. Evidências adicionais foram publicadas em 1952 por Alfred Day Hershey e Martha Chase, cujo experimento com o fago T2, um vírus que transfecta na bactéria a informação específica para a reprodução viral. Se eles pudessem descobrir que material o fago transmitia à bactéria hospedeira, determinariam o material genético do fago. O fago tem uma constituição molecular relativamente simples. A maior parte de sua estrutura é de proteína, com o ADN contido dentro da capa de proteína de sua "cabeça". Hershey e Chase decidiram marcar o ADN e a proteína usando radioisótopos, de modo que pudessem rastrear os dois materiais durante a infecção. O fósforo não é encontrado nas proteínas mas é uma parte integrante do ADN. Contrariamente, o enxofre está presente nas proteínas mas nunca no ADN. Hershey e Chase incorporaram o radioisótopo de fósforo (32P) no ADN do fago e o enxofre (35S) nas proteínas de uma cultura separada de fagos. Eles então infectaram duas culturas de E. coli com muitas partículas de vírus por células: uma cultura de E. coli recebeu fagos marcados com 32P e a outra recebeu fagos marcados com 35S. Decorrido tempo suficiente para que ocorresse a infecção, os cientistas removeram as embalagens de fago (chamadas ghosts) das células bacterianas por agitação em um liquidificador. Eles separaram as células bacterianas dos envoltórios dos fagos em uma centrífuga e então mediram a radioatividade nas duas frações. Quando o fago marcado com 32P foi usado para infectar E. coli, a mais alta radioatividade foi encontrada dentro das bactérias, indicando que o ADN do fago havia entrado nas células. Quando era usado o fago marcado com 35S, maior parte do material radioativo estava nos invólucros dos fagos, indicando que a proteína do fago nunca entrava nas bactérias. A conclusão era inevitável: o ADN era o material hereditário. As proteínas do fago eram apenas embalagens estruturais abandonadas após o ADN viral entrar na bactéria.
Engenharia genética
A investigação sobre o ADN tem um impacto significativo, especialmente no âmbito da medicina, mas também na agricultura e pecuária, com objectivos de domesticação, selecção e de cruzamentos dirigidos. A moderna biologia e bioquímica fazem uso intensivo da tecnologia do ADN recombinante, introduzindo genes de interesse em organismos, com o objectivo de expressar uma proteína recombinante concreta, que pode ser:
Medicina Forense
A Medicina Forense pode utilizar o ADN presente no sangue, no sémen, na pele, na saliva ou em pelos existentes na cena de um crime para identificar o responsável. Esta técnica denomina-se impressão genética ou perfil de ADN. Ao realizar a impressão genética, compara-se o comprimento de secções altamente variáveis do ADN repetitivo, como os microssatélites, entre pessoas diferentes. Este método é muito fiável para identificar um criminoso. No entanto, a identificação pode complicar-se se a cena do crime estiver contaminada com ADN de pessoas diferentes. A técnica da impressão genética foi desenvolvida em 1984 pelo geneticista britânico Sir Alec Jeffreys, e utilizada pela primeira vez para condenar Colin Pitchfork por causa dos assassinatos de Narborough (Reino Unido) em 1983 e 1986. Pode-se requerer às pessoas acusadas de certos tipos de crimes que cedam uma amostra de ADN para ser introduzida numa base de dados. Isto tem facilitado o trabalho dos investigadores na resolução de casos antigos, onde só se obteve uma amostra de ADN da cena do crime, em alguns casos permitindo exonerar um convicto. A impressão genética também pode ser utilizado para identificar vítimas de acidentes em massa, ou para realizar provas de consanguinidade.
Bioinformática
A Bioinformática implica a manipulação, busca e extracção de informação dos dados da sequência do ADN. O desenvolvimento das técnicas para armazenar e procurar sequências de ADN gerou avanços no desenvolvimento de software para computadores, com muitas aplicações, especialmente algoritmos de busca de frases, aprendizagem automática e teorias de bases de dados. A busca de frases ou algoritmos de coincidências, que procuram a ocorrência de uma sequência de letras dentro de uma sequência de letras maior, desenvolveu-se para buscar sequências específicas de nucleótidos. Em outras aplicações como editores de textos, inclusive algoritmos simples podem funcionar, mas as sequências de ADN podem gerar que estes algoritmos apresentem um comportamento de quase o pior caso, devido ao baixo número de carácteres. O problema relacionado do alinhamento de sequências procura identificar sequências homólogas e localizar mutações específicas que as diferenciam. Estas técnicas, fundamentalmente o alinhamento múltiplo de sequências, utilizam-se ao estudar as relações filogenéticas e a função das proteínas. As colecções de dados que representam sequências do ADN do tamanho de um genoma, tais como as produzidas pelo Projecto Genoma Humano, são difíceis de utilizar sem notações que marcam a localização dos genes e dos elementos reguladores em cada cromossoma. As regiões de ADN que têm padrões associados com genes codificantes de proteínas ou ARN podem identificar-se por algoritmos de localização de genes, o que permite aos investigadores predizer a presença de produtos génicos específicos num organismo mesmo antes que se tenha isolado experimentalmente.
Nanotecnologia de ADN
A nanotecnologia de ADN utiliza as propriedades únicas de reconhecimento molecular de ADN e outros ácidos nucleicos para criar complexos ramificados auto-ensamblados com propriedades úteis. Neste caso, o ADN utiliza-se como um material estrutural, mais que como um portador de informação biológica. Isto conduziu à criação de lâminas periódicas de duas dimensões (ambas baseadas em azulejos, assim como usando o método de "ADN origami"), para além de estruturas em três dimensões em forma de poliedros.
História e antropologia
O ADN armazena mutações conservadas com o tempo e portanto contém informação histórica. Comparando sequências de ADN, os geneticistas podem inferir a história evolutiva dos organismos, a sua filogenia. O campo da filogenia é uma ferramenta potente na biologia evolutiva. Se compararem as sequências de ADN dentro de uma espécie, os geneticistas de populações podem conhecer a história de populações particulares. Isto pode-se utilizar numa ampla variedade de estudos, desde ecologia até antropologia; por exemplo, evidência baseada na análise de ADN está a ser utilizada para identificar as Dez Tribos Perdidas de Israel.
