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Super-Sequenciamentos de DNA e a lei de Moore

Dia 19 de abril é o aniversário da Lei de Moore que diz, segundo a Wikipedia “…[em 1965] o então presidente da Intel, Gordon E. Moore fez sua profecia, na qual o número de transistores dos chips teria um aumento de 100%, pelo mesmo custo, a cada período de 18 meses. Essa profecia tornou-se realidade e acabou ganhando o nome de Lei de Moore.”

fig: A evolução dos precessadores e a lei de Moore

Uma profecia e tanto, porque é um ritmo frenético, concorda? Eu ainda lembro quando jogava Space Invaders no meu XT sei-lá-o-que na tela fósforo verde.

O engraçado é que, sem saber do aniversário, eu ouvi sobre a lei de Moore essa semana. Mais do que isso, ouvi sobre algo que anda mais rápido que a lei de Moore: a potência do sequenciamento de DNA.

O RNAm foi convidado para o lançamento da nova tecnologia de sequenciamento da Life Technologies, o Ion Torrent. Muito legal a tecnologia e parece que vai revolucionar a área de sequenciamento mesmo. Se você é da área entre no link caso se interesse, vale a pena (como não sou da área, não vou entrar em detalhes). Só vou dizer uma coisa: essa coisa consegue detectar a mudança de pH gerada pela liberação de hidrogênio quando uma base, A,T, C ou G se liga à fita a ser sequenciada!

Bom, neste evento foi citada a lei de Moore para compará-la com a evolução da tecnologia de sequenciamento. Veja aqui a comparação do custo de um genoma e o custo dos processadores:

Isso muda muita coisa. Com sequenciamentos baratos e rápidos, áreas como a epidemiologia vão mudar, e já estão mudando muito. Técnicas como arrays irão aos poucos sumir, dando lugar ao todo-poderoso, direto e inequívoco sequenciamento.

E já tem muita gente no Brasil fazendo muita coisa com sequenciamento. Duas palestras muito interessantes: uma com o pessoal da bioinformática da FioCruz, o Cebio, que oferecem uma estrutura de análise e planejamento de sequenciamento e tem parcerias com vários pesquisadores e empresas; outra coisa interessante é a Rede Paraense de Genômica e Proteômica, da UFPA, um centro com muita estrutura e colaborações, isso tudo fora do sudeste.

Esses dois centros são muito importantes, sabe porque? Porque máquinas como o Ion Torrent estão deixando o sequenciamento cada vez mais fácil, mas o que fazer com aquele monte de letras ACTG? O funil do conhecimento nessa área é a análise, e por isso esse knowhow destes centros vale ouro. Bioinformática vale ouro. É emprego certo porque pouquíssima gente tem o conhecimento necessário (essa é a frase que eu mais ouço ultimamente em todas as áreas no Brasil). Também, precisa entender de biologia, matemática e programação, mas biólogos não suportam exatas, e exatos, bem, até gostam de bio, mas ganham muito mais em inicio de carreira em outras áreas do mercado de trabalho.

Então veremos o que fazer com as toneladas de dados gerados pelos simples, rápidos e baratos sequenciamentos.

Como uma proteína chega à sua forma? Pergunte ao seu PS3!

Você é gamer e não aguenta mais ouvir reclamações sobre o seu ~~vício~~ grande comprometimento com jogos? Bote seu hardware para ajudar pesquisadores e ganhe a oportunidade de devolver um sonoro “pelo menos meu equipamento também ajuda no progresso científico, e a sua novela?!” para algum pentelho de plantão.

Para isso, basta participar do projeto Folding@Home, idealizado pela Universidade Stanford.

Lançado em Outubro de 2000, tem como objetivo simular o enovelamento de proteínas e compreender como elas atingem sua estrutura tridimensional de modo tão rápido e, ainda assim, bastante confiável.

As proteínas, como sabemos, são fundamentais à vida. A queratina, por exemplo, é uma proteína importante de nossas unhas e cabelos, os anticorpos que garantem nossa defesa contra infecções são proteínas e só conseguimos respirar oxigênio de modo eficiente porque outra proteína, a hemoglobina, se encarrega de transportar e trocar oxigênio e gás carbônico em nosso corpo.

Exemplificando apenas uma fração de suas funções é fácil entender sua importância e imaginar que, caso ocorra algum defeito em determinada proteína, problemas podem surgir. É o que acontece nas doenças da vaca-louca (chamada, na verdade, de Encefalopatia Espongiforme Bovina), de Alzheimer, Parkinson e muitas outras. Entender como cada proteína adquire sua forma é fundamental para a comprenssão e talvez até para o tratamento de um grande número de doenças.

O problema
Para se pesquisar o enovelamento dessas moléculas são necessários computadores muito potentes ~~caros~~. Além disso, é um processo bastante demorado. Apesar de algumas proteínas serem “montadas” em um milésimo de segundo, uma simulação de computador é muito complexa.

Um dia de computação é suficiente para simular 1 nanosegundo (um milionésimo de segundo), mas como o enovelamento ocorre aproximadamente em 10 microsegundos, ou seja, 10 mil nanosegundos. Nesse ritmo, a simulação acima demoraria algo em torno de 10 mil dias… mas quem tem 30 anos para esperar pelo resultado de um experimento?

A solução
É aqui que entra o Folding@Home e você, da sua casa, pode contribuir: para se dimunir esse tempo de espera absurdo é preciso “apelar” para algo chamado dinâmica distribuída.

O grupo do projeto desenvolveu algoritmos que dividem o trabalho de simulação por múltiplos processadores. Cada participante do projeto que descarrega o software do Folding@Home em seu computador/PS3 conecta seu hardware a um supercomputador virtual encarregado de rodar esses processos!

Veja abaixo um dos resultados gerados na dinâmica molecular feita no projeto. Não parece, mas o pequeno vídeo abaixo é resultado de meses (pelo menos) de trabalho:

Abaixo, um vídeo hilário que ensina donos de ~~sonho de consumo~~ PlayStation 3 a participarem:

Para conhecer os frutos que essa iniciativa gerou até hoje visite http://folding.stanford.edu/English/Papers e dê uma olhada no resumo de alguns dos trabalhos publicados pelo grupo.

A página principal do projeto é http://folding.stanford.edu/English/Main, conheça mais e faça parte dessa grande iniciativa!

A ingenuidade de Bill Gates sobre a Biologia

Caro Bill Gates,

Sinto informar que células não são tão rápidas quanto elétrons. Mais que isso: burocracia para mexer com gente e com o ambiente não é tão simples quanto programar um software.

Digo isto em vista da reportagem do New York Times, repassado pela Época, sobre o balanço dos investimentos em pesquisa em saúde feitos pela fundação Gates.

“Cerca de 1.600 propostas chegaram, e as 43 principais eram tão promissoras que a Fundação Bill & Melinda Gates liberaram US$ 450 milhões em bolsas de cinco anos _ mais de duas vezes a estimativa inicial.
Recentemente, a fundação chamou todos os cientistas a Seattle para avaliar os resultados e decidir quem seguirá recebendo os financiamentos. Numa entrevista, Gates soou de certa forma moderado, dizendo diversas vezes: “Nós fomos ingênuos”.”

[Leia a história e os projetos selecionados aqui]

Mas na verdade não dá pra saber se ele foi ingênuo ou enganado pelo hype alardeado pelos projetos. Afinal o objetivo de escrever um projeto é justamente convencer a todo custo quem o lê. O famoso “puxar a sardinha pro seu lado”, coisa que as vezes (muitas vezes) os cientistas fazem exagerando nas expectativas e enviesando as perspectivas. Outra coisa é que tem vários ganhadores do Nobel participando, e convenhamos que receber um projeto de um cara desses e dizer “não” não deve ser fácil.

Fato é que ele parece não ter gostado do resultado. E muita gente, incluindo um comentarista da reportagem acima, os cientistas e o próprio Bill Gates acham que o dinheiro investido nessas pesquisas foi algo bem significativo! Quando na verdade o gasto é irrisório comparando com gastos militares por exemplo. Para entender meu ponto de vista você precisa ler este texto espetacular do 100 Nexos, onde se lê que antes do telescópio Hubble, o instrumento mais fantástico da astronomia por muito tempo, que ajudou a desvendar milhares de mistérios do espaço, do tempo passado e do futuro, é uma aplicação tardia de um projeto de satélites-espiões que somaram 9 em nossa órbita!

Ou seja, enquanto mendigamos por recursos para a astronomia e também para outras áreas como a saúde e o bem-estar humano, uma quantia gigantesca é gasta sem que nós sequer saibamos onde.

Obrigado Bill Gates, continue assim gastando parte da sua fortuna pelo bem do próximo (e olhem que eu não estou nem questionando o como essa fortuna foi adquirida), mas acho que mesmo este esforço é uma gota num oceano de descaso pela vida humana.

Podcast Dispersando 5: Nobel, Ig Nobel e tudo que há no meio

Saiu mais um episódio do Dispersando, o podcast do Scienceblogs Brasil, com Fernanda Poletto (Bala Mágica), Igor Santos (42.) Karl (Ecce Medicus) e Rafael Soares (este que vos escreve).
Aprenda sobre sapos flutuantes, coletores de espirro de baleia, e um excitante acoplamento cruzado.
Dispersando 5

Diagnóstico laboratorial offprice (e offroad).

Um grupo de estudantes da Universidade Rice (EUA) transformou uma centrífuga de saladas adaptada com pentes e outras partes em algo que pode trazer o diferencial para o diagnóstico de anemia em países subdesenvolvidos.

O resultado foi fruto de um projeto desenvolvido numa aula voltada à saúde global e foi batizado de Centrífuga Sally. Os alunos receberam a tarefa de criar uma ferramenta barata, portátil e que pudesse ser utilizada independentemente da disponibilidade de uma rede elétrica para ajudar no diagnóstico de um quadro anêmico.

Centrífuga Sally em detalhe (Foto: Jeff Fitlow).

O equipamento é capaz de fornecer o hematócrito dos pacientes, um dos fatores analisados quando há suspeita de anemia pois fornece a quantidade relativa de glóbulos vermelhos no sangue do paciente por meio de porcentagem do volume total. Hematócritos abaixo de 40-45% em homens e 35% em mulheres são forte indicativo de anemia, o que facilita o diagnóstico.

Quando centrífugas giram os tubos de coleta numa velocidade apropriada as principais frações do sangue são separadas – glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plasma – fornecendo a relação entre glóbulos vermelhos e volume total de sangue coletado.

O equipamento tem custo de fabricação em torno de 30 dólares (quase 60 reais) e está sendo integrado a uma mochila preparada para médicos atuarem em locais isolados ou carentes de recursos. Como requisitado, funciona independentemente de eletricidade, pois o próprio usuário gira o “rotor”, de modo que pequenos capilares contendo 15 microlitros de sangue de cada paciente tenham suas frações separadas.

Os alunos que desenvolveram o equipamento numa aula voltada a saúde global vão levá-lo a campo para seus primeiros testes in loco no Equador, Malaui e Suazilândia, onde espera-se que sejam úteis para ajudar a anemia que em países subdesenvolvidos está comumente associada a quadros de má-nutrição, tuberculose, AIDS e malária.

Outro ponto interessante: esse modelo concebido pelos alunos da Universidade Rice teve desempenho satisfatório quando comparado à centrífuga de campo ZIPocrit utilizada em alguns lugares. Apesar de o modelo citado conseguir 10000 rpm contra os 950 rpm da Sally, a mesma tem como vantagens não precisar de nenhuma fonte de energia (enquanto a “concorrente” atual utiliza baterias) e permite processar até 30 capilares de uma única vez, contra apenas 4 do modelo comercializado atualmente.

( #sarcasmo_ligado ) Parece que as indústrias que produzem equipamentos laboratoriais não são tão maléficas ou poderosas quanto as indústrias farmacêuticas que planejam dominar a humanidade escondendo curas e impedindo tratamentos baratos para doenças comuns como o câncer e a AIDS. ( #sarcasmo_desligado )

Quer saber mais sobre o projeto da Centrífuga Sally (tem até um video mostrando o funcionamento) e outros programas de saúde global da Universidade Rice? Acesse o site!

Vi no Futurity.

ps: sim, estou vivo e ainda faço parte do RNAm, parem com os boatos sobre morte e clínica de reabilitação.

Alice no país da programação computacional!

Quem acompanha meu Twitter sabe que me direciono cada vez mais para iniciativas ligadas a educação.

Uma que conheci recentemente foi o software Alice, que busca fazer da programação computacional orientada a objetos algo simples e divertido de se aprender. Ao contrário das intragáveis sentenças computacionais clássicas (até quem só mexe com html, como blogueiros, arrepia às vezes), o programa possui um ambiente gráfico amigável e a sensação de se brincar com um jogo de computador. Conhecer o Alice me fez pensar imediatamente na oportunidade que pessoas como eu têm nas mãos.

Explico: tenho muito interesse em desenvolver material didático animado e nenhuma noção de programação. Com esse software posso tentar criar animações relacionadas ao ensino de biologia, química e, por que não, fazer apresentações mais interessantes para palestras, cursos, etc.!

O programa é uma ferramenta de ensino gratuita utilizada em várias escolas americanas e que permite ao usuário criar e até compartilhar na web filmes animados e videogames simples. Os estudantes visualizam imediatamente o funcionamento do programa que eles criaram, o que permite o fácil entendimento da relação entre as sentenças de programação e o comportamento dos objetos na tela.

O mais legal: fui convidado para o Congresso Alice Brasil 2010, evento organizado pelo Mackenzie que reunirá educadores, profissionais e cientistas para debater o ensino da programação computacional no Brasil. A ideia é mostrar a crianças e jovens brasileiros o verdadeiro potencial dos computadores.

Fato interessante: o nome Alice é uma homenagem a Lewis Carroll, autor de Alice no País das Maravilhas e Alice Através do Espelho. A homenagem veio por Carroll ter percebido o grande poder de se comunicar de modo claro e interessante.

O evento acontecerá nos dias 2 e 3 de março no campus São Paulo da Universidade Presbiteriana Mackenzie e contará com oficinas, palestras, apresentações literárias e lançamentos de livros.

Quer saber mais? Acesse www.alicebrasil.com.br para todas as informações do evento e www.alice.org para conhecer mais sobre esse ótimo projeto!

Vidro, maçarico, e a “real” aparência das coisas.

Observe as imagens abaixo (clique para ampliar):

Clique para ampliar

No painel acima, A, B e C são diferentes maneiras de se observar o Complexo de Golgi, uma estrutura celular responsável pelo processamento e distribuição de um grande número de proteínas sintetizadas por nossas células. Em A o Golgi é observado por uma técnica chamada Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), em B temos uma imagem de MET colorida artificialmente, e em C temos uma imagem do Golgi marcado com reagentes fluorescentes (que existem em várias cores, como o verde que observamos aqui).
OK, e qual a importância disso?
Em biologia celular e molecular, por exemplo, várias imagens que vemos são fruto de técnicas de coloração artificial, como por marcação com reagentes fluorescentes, por exemplo. Mas, convenhamos: existem células ou moléculas realmente COLORIDAS? Se afirmativo, quais as cores CORRETAS de cada uma delas?
Pensando nisso, e na hipótese de as pessoas assimilarem as cores artificiais vistas em Ciência com a realidade de uma célula, o artista plástico Luke Jerram buscou criar modelos transparentes tridimensionais de organismos importantes e de fácil reconhecimento por todos.

Luke com seus modelos.

Os vírus HIV (AIDS), H1N1 (Gripe Suína ou Gripe A), e a bactéria Escherichia coli (que habita o intestino humano, mas pode ter formas patogênicas), por exemplo, podem ser vistos sem todos os “adereços carnavalescos” que precisamos utilizar no laboratório para identificar as regiões pesquisadas.
E, prá completar: os modelos são feitos de vidro! Vejam alguns deles (clique em cada imagem para ampliar):

Escherichia coli

H1N1 (Gripe Suína)

HIV (AIDS)

Lindos, não? E, além disso, enquanto contribui para melhorar o entendimento do público em geral sobre a aparência mais “correta” de alguns organismos, Jerram aproveita prá expandir os limites da fabricação de esculturas de vidro assoprado. É preciso grande conhecimento técnico para que os modelos vistos aqui não colapsem em seu próprio peso, uma vez que são estruturas extremamente delicadas.
Outros textos que tratam sobre o assunto: Vírus de vidro (Massa Crítica), Gripe e Arte (H1N1 – Influenza A Blog), Glass Microbiology (Seed Magazine).
Para ver mais trabalhos de Luke Jerram, acesse o site Lukejerram.com.

Espiões, a CIA, e o aquecimento global.

Legenda:“Malditos espiões, escondam-se!”

“Temos uma tecnologia que faz imagens de satélites muito, mas muuuito precisas. Pra que você quer usar: pra monitorar o descongelamento de geleiras e outros usos científicos, ou para espionar seus inimigos subdesenvolvidos que nunca seriam páreo militar pra você?”
Adivinha o que qualquer governante responderia?
Fantástica a capacidade do ser humano de descontar o futuro, ou seja, apostar no curto prazo em detrimento do longo.
A CIA dos EUA está colaborando com cientistas do clima liberando imagens da região ártica tiradas por seus satelites-espiões. Mas não não foi fácil convencer, pois os agentes não acham estratégico mostrar estas imagens. Claro, elas mostram um pouco do como eles tiram as fotos, revelando alguns segredinhos de espionagem, como o nível de definição das fotos, posição dos satélites, etc.
Concordo que este perigo existe e tem sua importância. Existe para os EUA, mas o que o resto do mundo tem a ver com isto? Aquecimento global não é ainda uma prioridade maior que ataques terroristas? Agora pode não ser, mas aguardemos 50 anos que eles vão ver.
Não sou ingênuo, mas quero ainda acreditar que devemos sempre desejar o bem maior.
Esta iniciativa é bem vinda, mas é só uma fresta por onde a gente pode ver a diferença de força entre diferentes interesses nacionais/globais ou político/científico
Pra se ter uma idéia, a definição das imagens cedidas para estudo pela CIA tiveram a definição diminuida para não mostrar ao mundo a capacidade real dos satélites-espiões (provavelmente por serem capazes de ler a etiqueta da sua calça de lá do espaço).
O que me deixa fulo da vida é a militarização da tecnologia, sempre a frente de questões mais nobres. Agora tão lá, os mega-satelites (sem falar em outras pesquisas militares que são as mais fortemente financiadas), nas mãos não dos cientistas que os criaram, ou de comissões de ética responsáveis, mas nas mãos de políticos. Se você confia no seu, ótimo. Se não…
E é essa apropriação da ciência, ou tecnociência que é a regra. O cientista não tem controle sobre suas descobertas. Depois de adquirido pulveriza-se o conhecimento tecnocientífico, que acaba sendo controlado por poderes econômicos e políticos.
Já aconteceu antes, no caso da bomba nuclear, e vai continuar acontecendo
Os cientístas e os cidadãos têm que ficar mais espertos e engajados. Afinal temos que saber quem é que tem autorização para a pertar o grande botão vermelho.

Em busca das primeiras máquinas híbridas.

Pesquisadores do Argonne National Laboratory (Laboratório Nacional Argonne, vinculado ao Departamento de Energia dos EUA) anunciaram num artigo publicado recentemente no PNAS os primeiros resultados que demonstram a possibilidade de se criar máquinas híbridas, num futuro próximo.

Utilizando soluções contendo aproximadamente 10 bilhões de bactérias por centrímetro cúbico, os pesquisadores demonstraram ser possível mover pequenas engrenagens de 380 um (micrômetros, ou seja, um milésimo de milímetro) alterando-se os níveis de ar e nitrogênio dissolvidos no líquido.

O resultado pode ser visto no vídeo abaixo:

Fato interessante: nesse estudo descobriu-se que o movimento de natação coordenada que as bactérias Bacillus subtilis realizam em suspensão é peculiar à concentração mencionada anteriormente (de 10 bilhões/cm3). Em concentrações menores, os movimentos das bactérias parecem aleatórios, enquanto em soluções mais concentradas (acima de 40 bilhões/cm3) os organismos adotam um comportamento diferente, criando biofilmes.

Apesar de os estudos estarem em seu início, já foi aberta uma possibilidade real de se projetar, no futuro, máquinas microscópicas que utilizem esse tipo de abordagem. Na imagem abaixo há uma sequência de fotografias demonstrando os movimentos realizados:

Movimento realizado pelas bactérias em solução. (Clique na imagem para ampliar) Crédito: Igor Aronson / Argonne National Laboratory

Interessante, não? E isso é só um aperitivo do que pode vir a ser feito… Quem sabe as novas máquinas que veremos na próxima década?!

Fontes: Wired e Argonne National Laboratory (que também tem FLICKR!)

Os 10 assuntos científicos mais comentados de 2009

Recordar é viver (desde que não se fique apenas por essa relembrança). Então antes de prever o ano de 2010, relembremos o quase-findo 2009.

Aqui eu vou colar. Copiar e colar, na verdade. Saiu aqui na Scientific American os top 10 assuntos científicos do ano. Do LHC até a “estrela da morte”, vamos a eles:

Grande Colisor de Hádrons – Engasopou ano passado, mas esse ano foi! O colisor de partículas finalmente está em uso, e já bateu todos os recordes da sua categoria “colisor peso pesado”. E ele próprio já é uma previsão para 2010, afinal resultados vão começar a sair logo mais.
Influenza A H1N1 – “Craro Cróvis”, como esquecê-la. Nos fez prestar atenção na gripe comum, no nosso sistema de saúde nacional e mundial. Mostrou a fragilidade da informação rápida para o cidadão, onde o único meio de comunicação com informação, explicativa, ajustada e de confiança foi o blog colega Rainha Vermelha, mostrando a força e importância dos blogs de ciência nacionais. Este é outro assunto previsto para bombar em 2010, com a segunda leva do vírus que ninguém sabe como virá. Até o Obama já se vacinou.
Ardipithecus ramidus – chocante fóssil estudado por mais de 15 anos antes de ser publicado em edição especial da revista Science (imagino a politicagem ferrenha que deve ser pras revistas “comprarem” este tipo de trabalho que dá muito ibope). Simplesmente este fóssil tem colocado em cheque o que define um hominídeo (ou mesmo o que nos define). Belo presente de aniversário para os 200 anos de Darwin e 150 do seu livro
Cop15 esperança e fiasco – tanta preparação pra nada. Ou pelo menos para perceber a fragilidade do nosso sistema político frente a tomadas de decisão rápidas e embasadas em informação científica. Escrevi mais aqui.
Vacina contra a AIDS – um mega estudo na Tailândia vacinou 16 mil pessoas. Conclusão: não funciona muito bem. Mas abriu várias janelas de oportunidades para estudar a reação do vírus à vacinação.
Hubble tunado – Esse é um que não morre. 19 anos com corpinho de 12 e meio, e agora com novos aparatos, vai continuar em atividade por mais 5 a 10 anos. Isso que foi projetado pra durar só 5! “Conta o segredinho pra essa vida longa e tão lúcida.”
Epigenética de pai pra filho – no ano de Darwin descobrem que Lamark estava certo?! Então características adquiridas pelos pais podem passar para os filhos e netos! Pois é, mas sem alterar o DNA, só as travas que comandam a sua leitura. E sim, isso sim muda muita coisa!
Água na Lua – 40 anos após a Apolo 11 a Lua revela um novo segredo: água. Danadinha essa Lua, surpreendendo a gente mesmo com um seco Mar da Tranquilidade
O laser “Estrela da Morte” – sim é um monte de raios laser que se juntam num ponto só. Se você colocar hidrogênio lá, ele sofre fusão! E fusão é basicamente o q acontece no coração de uma estrela! Servirá para estudos astrofísicos, nucleares e energéticos.
Solução pra crise: grana pra ciência – O país está em recessão? O governo tem que soltar uma grana. Obama liberou quase 800 bilhões para salvar a economia, dos quais 21,5bi foram para pesquisa. Áreas de interesse como meios de transporte e energia foram favorecidas e podem fazer a diferença no futuro. O Brasil cortou investimentos nessa área e dizem que nem teve crise por aqui.

E vocês, o que acharam da lista? Alguma sugestão de alteração?