Nobel de química 2015 em infográficos

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Muita coisa depende do DNA. Ele guarda informação para fazer proteínas, e isso ele faz nossa vida inteira. E além de ter que durar muito ele ainda se estressa demais, porque cada vez que a célula vai se duplicar, o DNA tem que separar as suas fitas e fazer uma cópia de cada. Quando vai mandar a mensagem pra fazer proteínas, ela se abre para copiar o pedaço que interessa. Esse abre e fecha vai danificando o pobre do DNA. Além disso ainda tem radicais livres e radiações como a UV que detonam ainda mais a pobre da molécula.

Se não tivesse como arrumar, o DNA se desfaria rapidinho. E quando isso acontece os resultados podem ser dois: câncer ou envelhecimento precoce.

Mas calma, temos os ganhadores do Nobel de química de 2015 para nos ajudar! Eles descobriram mecanismos de reparo que as células têm para corrigir os erros.

E cada um descobriu um tipo de reparo, já que pra cada tipo de dano tem um tipo de reparo. É como um carro que se levou uma batida você leva no funileiro, se for motor, no mecânico, e se for elétrico, só resolve uma autoelétrica. No caso do DNA os danos são reparo por excisão de bases (base excision repair), reparo por mau pareamento (mismatch repair), e reparo por excisão de nucleotídeos (nucleotide excision repair).

O infográfico que eu fiz alí acima mostra quem descobriu qual tipo de reparo. Claro que tem muito mais gente pesquisando sobre isso. Aliás, qualquer coisa sobre câncer pode apostar que tem muita gente pesquisando, porque é um assunto importante, complexo e muito interessante.

A própria organização do prêmio Nobel fez esquemas para mostrar como funciona cada tipo de reparo, o que eu achei bem legal da parte deles.

base excision repair

mismatch repair

nucleotide excision repair

E aqui um infográfico de um site muito bacana, o Compound Interest, que só faz infográficos de química. Muito bons e nada chatos, mas em inglês.

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Publicado originalmente em inglês no blog do Mind the Graph

Saiba mais:

Reportagem da Revista FAPESP

http://www.compoundchem.com/nobel2015/

Nobelprize.org

Ferramente de infografia que usei: Mind the Graph

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.”

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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:Sequencing graphs to slides

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.

Aprenda genética e garanta um emprego no C.S.I.

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C.S.I. Diadema: alta tecnologia do material

Claro que chama atenção a manchete “Genética é promissora” na coluna de mercado de trabalho do Jornal Metro (veja matéria aqui).
Afinal sempre achamos que estamos no pior dos mundos, e ver uma matéria dizendo o contrário é instigante.
Mas a besteira começa quando se começa a matéria falando do seriado CSI. Então a genética está promissora para os seriados de TV, mas e no mercado real? Não há nenhum dado concreto na reportagem. No máximo duas frases de um futurólogo da FIA dizendo o que ele acha, mas como parei de aceitar credenciais sem argumentos sólidos isso não fez muita diferença pra mim.
Achar que a genética forense vai absorver o tanto de biólogo e biomédico que tem se formado por aí é uma ilusão. Aliás, por que sempre vejo muito, mas muito mais reportagens falando de carreiras promissoras do que de carreiras fadadas ao fracasso? Só surgem atividades e nenhuma delas morre? Por que esta preferência em mostrar só o promissor?
A única mostra de realidade da reportagem é a foto dos materiais usados na identificação por DNA, que não tem simplesmente nada a ver com a tecnologia alienígena mostrada em CSI.

Genoma do câncer é a melhor abordagem?

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Mapa da Nature com os programas integrados de genoma do câncer

O câncer é uma doença causada por mutações no DNA, certo? Só que as mutações podem ser várias e em diversos genes diferentes em cada caso. Como saber quais genes que geraram um tipo de câncer?
Simples, é só pegar uma amostra do tumor e outra de tecido normal do mesmo paciente, e seqüenciar os dois. Comparando tumor e tecido normal você vai saber quais genes sofreram mutação nesta pessoa. Teríamos assim o genoma de um tumor.
E se juntássemos vários casos do mesmo tipo de tumor e seqüenciássemos, poderíamos achar as mutações mais comuns para aquele tipo de tumor e descobrir novos tratamentos específicos pra cada.
Simples mas não fácil. E nada barato. Seqüenciamento é uma coisa bem cara, e leva certo tempo.
Por isso até hoje temos apenas 75 genomas de câncer publicados, e nem todos completos.
Outro problema é que esses genomas todos q vêm sendo feitos, desde o humano até as bactérias, passando até pelo ornitorrinco, não têm gerado impactos diretos na qualidade de vida humana. Quem trabalha com evolução molecular adora genomas, mas em medicina, para encontrar um tratamento diretamente e totalmente derivado desses seqüenciamentos está meio difícil.
E com tumores vai ser mais difícil, pois alguns genes mutados iniciam o processo, deixando a célula mais vulnerável a erros e novas mutações. Como saber se essas últimas mutações são tão importantes quanto as primeiras? E existe mesmo um padrão nelas se comparadas com outros tumores?
Resumindo, ter o genoma é simples, mas analisá-lo e tirar um tratamento disso é que complica. Afinal, a quantidade de genomas seqüenciados para dar mais confiança, em alguns casos, deve ser de mil ou mais! Isso é muito esforço e muito dinheiro. Além disso, estes resultados são apenas números num computador. Testes funcionais, em células e animais, devem ser conduzidos para confirmar o papel das dicas dadas pelos seqüenciamentos.
Pior é que agora muita pesquisa boa está se voltando ao metabolismo do tumor, não só ao seu DNA. Se esta proposta começar a gerar mais resultados aí que eu quero ver.
Fato é que esta abordagem de seqüenciamento em larga escala não é um consenso. Sim, por mais incrível que pareça existem cientistas bons que não gostam de sequenciamento de genoma. Eles acham que outras abordagens têm melhor custo-benefício.
Enquanto isto eu só espero que o Brasil tenha dinheiro suficiente para pelo menos usar a tecnologia e os tratamentos que JÁ existem e não chegam a todos.

EXTRA EXTRA! Trofeu do IgNobel roubado!!!

Interrompemos esta sequência de postagens especiais sobre o IgNobel para trazer uma notícia bombástica: Um dos prêmios IgNobel foi roubado!

trofeu ignobel 2009 roubado.jpgSim, senhoras e senhores, alguém mal intencionado saiu de Havard, onde acontece a premiação, com um troféu que não lhe pertencia.
Ao menos é o que noticia o blog oficial do IgNobel.

Eles pedem encarecidamente que devolvam e que perguntas não serão feitas. Afinal os troféus são esculturas feitas à mão para o prêmio – de gosto duvidoso, devo dizer (imagem no inicio do post), mas ainda sim é uma sacanagem levarem. O que só levanta mais estranheza: afinal, quem levaria uma coisa dessas e pra quê? Existe um mercado negro de colecionadores interessados nesse tipo de prêmio científico? Se sim, fico até feliz por saber que a ciência esta tomando estas proporções!

O roubo do Nobel de verdade

Esta história me lembra de uma lenda que paira sobre um dos ganhadores também lendário de um Nobel de verdade.

Kary Mullis ganhou o prêmio Nobel de química em 1993 por desenvolver o famoso PCR, Reação em Cadeia da Polimerase, que é um processo usado muito em labs de biologia molecular para multiplicar uma pequena quantidade de DNA em muito DNA, facilitando nosso trabalho.

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Esse cara nunca foi muito ortodoxo. Adora surfe, mostrou não acreditar no aquecimento global e no HIV como causador da AIDS, além de já ter usado LSD algumas vezes (mas nos anos 70 quem não tomou?) e inclusive atribuiu a este uso parte da descoberta do PCR (abriu a mente para o insight, tá ligado irmão?!). Depois que vendeu sua idéia, vivia de renda e dava festas regularmente em sua casa de praia. Foi numa dessas festas que teve a medalha do prêmio Nobel roubada. Sumiu.

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Tempos depois recebe uma ligação de uma loja de penhores que havia comprado a medalha a preço de banana.
Chegando a loja Mullis ainda teve que pagar para reaver seu troféu.
Verdade ou não, esta história é uma viaaaagem, morou?!

Veja como o PCR é importante, tem até dois clipes musical hilários. Um no estilo “We are the world” e outro a la Vilage People:

Agora podemos continuar com a programação normal da série de posts sobre os ganhadores do IgNobel 2009

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Em um crime, o DNA também pode mentir!

O texto de hoje tem a contribuição do Biólogo Claudemir Rodrigues Dias Filho, Perito Criminal e Mestre em Genética e Biologia Molecular pela UNICAMP (e grande amigo desde o colégio). Ele também mantém um ótimo blog chamado Ciência Contra o Crime dedicado à criminalística, medicina legal e perícia criminal, leitura altamente recomendada!

Apresentações feitas, vamos ao que interessa: depois de termos visto que o genoma de um indivíduo pode não ser tão constante como se imaginava, agora, segundo cientistas israelenses, é possível fabricar provas periciais de modo a se falsificar até a “prova de ouro” na Criminalística, o DNA.

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“Não se pode confiar em mais nada… eu me demito.”

Os pesquisadores fabricaram amostras de sangue e saliva contendo DNA de uma pessoa diferente do doador original. Além disso, com acesso a um perfil de DNA armazenado numa base de dados qualquer, puderam construir uma amostra de DNA correspondente ao perfil desejado, sem necessidade de obter qualquer amostra da pessoa em questão!

ResearchBlogging.orgEm entrevista ao New York Times, o autor principal do estudo publicado no periódico Forensic Science International: Genetics, Dan Frumkin, disse: “Você pode simplesmente montar sua cena do crime. Qualquer estudante de Biologia poderia fazê-lo.” Lembrem-se dessa frase, pois falaremos dela adiante.

As amostras falsas foram feitas de duas maneiras: a primeira precisa necessariamente de uma amostra de DNA real, mesmo que pequena, que foi amplificada (criação de cópias) por uma técnica chamada amplificação de genoma total (whole genome amplification, ou WGA).

Para testar se a falsificação seria viável numa análise, os pesquisadores realizaram um teste. Uma amostra de sangue de uma mulher foi preparada por centrifugação, sobrando só as células vermelhas (chamadas eritrócitos) e o plasma na amostra (lembre-se que essas células não têm núcleo, portanto, não fornecem DNA para análise). Em seguida, adicionaram o DNA que havia sido amplificado do cabelo de um homem.

Resultado: todo o DNA na amostra de sangue fabricada pertencia ao material do homem. Essa amostra foi até enviada para um laboratório americano de referência em medicina forense, que o identificou como uma amostra de sangue comum masculina, ou seja, a falsificação enganou a todos!

A outra técnica desenvolvida se baseia em perfis de DNA armazenados em bases de dados como números de série e letras que correspondem a variações de 13 locais no genoma de um indivíduo. A partir de uma combinação do DNA de várias pessoas diferentes, os cientistas clonaram pequenos trechos de DNA representando as variações mais comuns de cada um dos 13 locais, criando assim uma biblioteca desses trechos. Desse modo foi possível preparar amostras correspondentes a qualquer perfil desejado, somente misturando os trechos corretos como se fosse uma única amostra.

Crime Scene.jpgPara os pesquisadores, uma biblioteca com 425 dessas variações mais comuns no DNA seria suficiente para cobrir qualquer perfil imaginável! Imagine o tipo de precedente que um caso como esse pode abrir no sistema penal?

Se em UM caso for comprovado que a amostra de DNA que serviu como prova em um caso foi forjada, o que pode acontecer? Revisão de todos os casos em que esse tipo de evidência foi usado numa condenação ou absolvição? Difícil prever todas as conseqüências possíveis num caso assim…

Claro que as intenções do Dr. Frumkin estão longe de ser “em prol do bem-estar da Humanidade”. Além de pesquisador, ele é fundador de uma empresa de biotecnologia chamada Nucleix, que desenvolveu um teste para distinguir amostras de DNA reais das fabricadas, visando vender essa tecnologia aos milhares de laboratórios forenses. O teste se baseia no fato de o DNA amplificado artificialmente não possuir regiões metiladas, ao contrário do DNA “original”.

mad scienctist.jpgConsiderando todos os aspectos da pesquisa e as implicações consideradas, uma coisa parece certa: o Dr. Frumkin vai ficar rico, certo?

Não necessariamente, e explicaremos por que.

Nas palavras do Clau: “A técnica de amplificação de genoma total (WGA) realmente veio para a glória e para a desgraça das análises de DNA forense. Essa técnica permite a amplificação do DNA de uma única célula, e é aqui que reside sua força: amostras forenses sempre são exíguas e isso impossibilita análises que demandam maiores quantidades de DNA. Por outro lado, a técnica realmente permite a criação de amostras falsas que, misturadas a um sangue livre de material genético, podem ser plantadas num local de crime, incriminando um inocente.”

Certo, então a premissa dos pesquisadores é válida, e o perigo disso acontecer é real?

Mais ou menos…

“Realmente, a análise da metilação é o meio mais preciso para verificar se o DNA é válido. Problema: essa técnica não é nada simples, e demanda um conhecimento de biologia molecular que hoje não se encontra em qualquer esquina. Há outras formas de detectar a falsificação, e uma delas é muito simples. De acordo com a pesquisa, a amostra fake é criada com o sangue centrifugado de uma pessoa X, sobrando os componentes que não possuem DNA, adicionando-se em seguida o DNA amplificado da pessoa Y (que se quer incriminar), certo?


Assim, o perfil genético adquirido seria da pessoa Y. Repare: o DNA é de Y, mas os eritrócitos são da pessoa X, portanto, se analisarmos moléculas (antígenos) da membrana dos eritrócitos podemos determinar se o ‘sangue’ é mesmo da pessoa incriminada (Y). Os antígenos A e B do sistema ABO ficam nas membranas das hemácias, e essa tipagem sanguínea diminuiria a dúvida.”

Para quem estava pensando em dizer ‘então, para o vestígio ser perfeito, não bastaria usar o DNA de Y no sangue de X, seria também necessário que X e Y fossem do mesmo grupo sanguíneo’, o Clau tem mais respostas: “Isso seria correto se os antígenos A e B fossem os únicos parâmetros para se analisar o sangue, havendo também o Rh, o MNS, Lewis, e 20 outros mais.”

Para terminar de detonar a fantástica idéia de lucro do Dr. Frumkin, aqui está a conclusão:

“Não é necessário contratar a Nucleix para saber se uma amostra de DNA forense é ou não verdadeira. Também não é ‘qualquer estudante de graduação’ que pode fabricar provas de DNA, como afirma o autor. Precisa ser um graduando que conheça muito bem as técnicas envolvidas, e tenha acesso a

(A) um bom laboratório de biologia molecular
(B) ao perfil genético de quem se quer incriminar
(C) a um local de crime
(D) técnicas para metilar o DNA fabricado
(E) um doador com sistemas sanguíneos idênticos ao de quem quer incriminar

Ainda parece fácil como disseram na entrevista ao New York Times?”

Por isso o conhecimento e a opinião de um especialista são importantes quando lidamos com reportagens técnicas: se o entrevistador do New York Times fosse o Clau, essa reportagem talvez nem saísse na imprensa.

Frumkin, D., Wasserstrom, A., Davidson, A., & Grafit, A. (2009). Authentication of forensic DNA samples Forensic Science International: Genetics DOI: 10.1016/j.fsigen.2009.06.009

Imagens: Linda Manley @ Greenville County Schools Online; Philosophy di Alison; Jodom Legal Video

Pequena grande construção: Origami de DNA

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Construções de grande magnitude feitas pelo homem são coisas do passado. Um passado bege egípcio com suas pirâmides e templos monumentais.

Na era da informação em que vivemos, menos é mais. As menores construções são as mais empolgantes. Menores computadores, celulares, caixas e “smile”.

Smile? Sim, este aí em cima é o menor smile do mundo! Feito de DNA e publicado na revista Nature! E como este dá para fazer virtualmente qualquer formato 2D, como podemos ver nestas outras imagens.

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O DNA, por ser uma molécula extremamente simples, pode ter seus dobramentos previstos, além de controlados com outros pequenos trechos de DNA desenhados para se alinharem em locais específicos.

Assim, de posse de uma fita simples de DNA de um vírus bem conhecido, o M13 (que é o famoso vírus com formato de nave espacial), pode-se fazê-lo torcer e alinhar com a ajuda de outros pedaços pequeno, desenhados em computador para manter a forma desejada.

Veja aqui o vídeo da palestra no TED de um dos autores do trabalho. E aqui ele explica mais detalhadamente a técnica

Bacana mas nada que tenha um aplicação direta.

Até agora! Porque outro grupo de pesquisadores conseguiu, usando basicamente a mesma técnica, fazer um objeto 3D de DNA. Uma caixa nanométrica, capaz de abrir e fechar somente com a adição de um pequeno pedaço DNA.

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Agora sim podemos pensar em usar este origami para transportar drogas ou até mesmo avançar nas pesquisas para montar um computador de DNA, que usaria esse sistema de abre e fecha das caixinhas, o que reduziria em muito o tamanho dos computadores.

BÔNUS:
Na página da ONG “O DNA vai à Escola” você pode baixar o arquivo para fazer seu origami, não COM DNA mas DO DNA.

UPDATE: Saiu na Nature dia 15 de maio: DNA Nanotech Gains a Third Dimension
Dica do Atila

Smith, L. (2006). Nanostructures: The manifold faces of DNA Nature, 440 (7082), 283-284 DOI: 10.1038/440283a

Andersen, E., Dong, M., Nielsen, M., Jahn, K., Subramani, R., Mamdouh, W., Golas, M., Sander, B., Stark, H., Oliveira, C., Pedersen, J., Birkedal, V., Besenbacher, F., Gothelf, K., & Kjems, J. (2009). Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid Nature, 459 (7243), 73-76 DOI: 10.1038/nature07971