Computadores bacterianos

De acordo com o verbete da wikipedia, um computador é uma máquina programável desenhada para, automaticamente, realizar um sequência de operações aritiméticas ou lógicas. Um computador pode prover-se de inúmeros atributos, dentre eles armazenamento de dados, processamento de dados, cálculo em grande escala, desenho industrial, tratamento de imagens gráficas, realidade virtual, entretenimento e cultura. Os primeiros computadores analógicos surgiram no século XVII e eram capazes de realizar as funções básicas de somar, subtrair, multiplicar e dividir. Mas foi na II Guerra Mundial, em meados do século XX, que realmente nasceram os computadores atuais. A Marinha dos Estados Unidos, em conjunto com a Universidade de Harvard, desenvolveu o computador Harvard Mark I, projetado pelo professor Howard Aiken, com base no calculador analítico de Babbage. O Mark I ocupava 167m2 e pesada cerca de 30 tonelada aproximadamente, conseguindo multiplicar dois números de dez dígitos em três segundos.Seu funcionamente era parecido com uma calculadora simples de hoje em dia. Nem é preciso falar o quanto esta tecnologia se desenolveu até hoje, em que hoje se discuti processadores quânticos e se faz computação em nuvem. Uma plataforma diferente das “baseadas no silício”, que estamos acostumados, são os biocomputadores. Em 1994, em um experimento muito elegante, Leonard Adleman desenvolveu o primeiro experimento envolvendo um computador de DNA para resolver o problema do Caminho Hamiltoniano: um problema que envolve caminhos hamiltonianos é o problema do caixeiro viajante, em que um caixeiro deseja visitar um conjunto de N cidades (vértices), passando por cada cidade exatamente uma vez, fazendo o caminho de menor tamanho possível (Figura 1).

 

Figura 1. O grafo em vermelho é hamiltoniano.

Cada bola é um nó e cada flecha é uma aresta. Existem multiplas possibilidades de construir um computador baseado em DNA, em que cada um possui suas vantagens e desvantagens. A maioria deles funciona utilizando as portas lógicas (AND, OR, NOT) associadas a lógica digital utilizando como base o DNA, como por exemplo, o contador bacteriano . Porém os primeiros computadores moleculares baseados em DNA, são reações in vitro utilizando, por exemplo, enzimas de restrição, ligases, e DNA (Benenson et al. 2001). Através da mistura desse componentes e reações em cascada de digestão, ligação e hibridização, o output final é uma molécula detectável que representa o resultado computacional. Em 1994, Leonard Aldleman foi capaz desenvolver um computador in vitro baseado em DNA para solucionar o problema do Caminho Hamiltoniano (Figura 1), porém apenas em 2009, Baumgardner e colaboradores conseguiram resolver um problema complexo in vivo, em E. coli. Porém, para entender, é necessário uma série de abstrações para tornar sequências de DNA em vértices e arestas de um caminho hamiltoniano (ver Figura 2). A primeira abstração trata segmentos de DNA como as arestas de um determinado grafo. As arestas de DNA são flanqueados por sítios hixC que podem ser embaralhados por um recombinase Hin, criando diversas ordens e orientações randômicas para as arestas do grafo. A segunda abstração está relacionada com os nós, com exceção do nó terminal, em que um nó é um gene divido ao meio por uma sequência hixC. Os autores conseguiram construir enzimas funcionais portando essas sequências codificadas no DNA. Dessa maneira, a primeira metade (5´) de um nó é encontrada na aresta de DNA que termina em um nó, enquanto a segunda metade (3´) do gene é encontrado em uma aresta de DNA que se origina no nó. Calma, realmente não é fácil entender, é preciso pensar e abstrair, veja a figura 2.


Figura 2. Construção de DNA que codificam um problema do Caminho Hamiltoniano com três nós. a. O grafo contendo o caminho Hamiltoniando começa no nó RFP, procedendo para o nó GFP e terminando no nó TT. b. Construção ABC representam a solução para o problema dos três nós. Os três fragmentos de DNA flanqueado por hixC estão na ordem e orientação corretas, de maneira que os genes GFP e RFP estão intactos. ACB possui o gene RFP intacto, porém o gene GFP está errado, por fim, a construção BAC não possue nenhum gene intacto.

A Figura 2a mostra o grafo com os 3 nós e as 3 arestas que foram escolhidas para serem codificados no computador bacteriano. O gráfico contêm um único caminho hamiltoniano que começa no nó RFP, viajando pela aresta A até o nó GFP, e utilizando a aresta B até alcançar o nó final TT. A aresta C, the RFP até TT é um detrator. A Figura 2b ilustra como as construções de DNA foram utilizadas para solucionar o problema do Caminho Hamiltoniano com um controle positivo e duas configurações sem soluções. Já que as soluções precisam originar no nó RFP e terminar no nó GFP, a aresta A de DNA contêm na extremidade 3´a metade de RFP seguida por a extremidade 5´de GFP. A aresta B de DNA se origina em GFP e termina em TT, dessa maneira, esse fragmento de DNA possui 3´GFP seguido de um terminado de transcrição duplo. A aresta C se origina em uma metade 3´ de RFP e termina em TT. Finalmente, com os genes codificadores para RFP e GFP estão intactos, com promotores e RBS, e seguintes de um terminador de transcripção, colônias ABC expressam fluorescência vermelha e verde, dessa maneira, possuem aparência amarela.

Para concluir a abstração eu gosto de imaginar que a recombinase Hin é o caxeiro viajante que faz o seu caminho pelo DNA e a sequência de DNA contem o mapa do caminho realixado.

A programação de bacteria para computar soluções de problemas complexos podem oferecer as mesmas vantagens dos computadores atuais que estamos acostumados, porém, com as seguintes características adicionais: (i) sistemas bacterianos são autônomos, eliminando a necessidade de intervenção humana, (ii) computadores bacterianos podem se adaptar a condições flutuantes, evoluindo para resolver desafios de determinados problemas e (iii) o crescimento exponencial de bactérias continuamente aumente o número de processadores trabalhando em um problema (Baumgardner et al., 2009). Sem contar que eles ainda poderiam fazer fotossíntese…

Adleman LM: Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science 1994, 266:1021-1024.

Benenson Y, Paz-Elizur T, Adar R, Keinan E, Livneh Z, Shapiro E: Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules. Nature 2001, 414:430-434.

Baumgardner , J et al. Solving a Hamiltonian Path Problem with a bacterial computer. J. Biol. Eng. 2009, 24;3:11.

Crowdfunding: o “faça você mesmo” do financiamento

O movimento DIY (Do It Yourself) é lindo. É quase uma coisa utópica: você quer fazer alguma coisa? Aprende, vai lá e faz, oras! Basta ter aquela ideia que não te deixa dormir, ficar obcecado por ela, ser um pouco otimista e deixar a preguiça de lado. Perfeito, mas… Onde arrumar a grana para seus planos?

Regras do Jogo

Tudo bem, as coisas não são tão fáceis assim. Vivemos  num mundo capitalista e as regras do jogo te impedem de colocar uma bela ideia em prática se você não tiver dinheiro. O grande problema na maioria das vezes é justamente esse: o capital inicial. Muitas ideias legais e empreendimentos não saem do papel porque o suporte para esse tipo de coisa não é algo trivial de se conseguir e os riscos são altos dependendo do caso. Por exemplo, um dos grandes problemas que enfrentamos para arranjar financiamento para a participação do iGEM foi a falta de apoio público à iniciativas tecnológicas de pequeno porte (talvez seria mais correto chamar de “mini porte”): ou as chamadas de projeto davam dinheiro demais ou não davam dinheiro nenhum. Se fôssemos uma empresa, não nos encaixaríamos em nenhuma categoria de investimento, o que não significaria que a empresa poderia gerar menos ou mais retornos que as de categorias de investimento maiores.

Mas aí você pode perguntar: “Então porque vocês não pediram dinheiro a mais mesmo?”. É porque esse tipo de apoio deve ter todos seus gastos todos justificados, afinal é um investimento! Se seu empreendimento não demanda  coisas o suficiente ele acaba morrendo de fome.

“Toc-Toc”-“Olá senhor, gostaria de investir no meu empreendimento?”

Mas calma lá também, isso não significa que para colocar sua ideia em prática será preciso ser um missionário do empreendedorismo e bater de porta em porta pedindo financiamento… É quase isso.

A diferença é que, se quiser fazer um belo DIY,  terá que bater na porta de fundos de investimento privados. Eles são menos inflexíveis que os fundos públicos (como o BNDES, FINEP e etc) em termos de linhas de financiamento, contudo são um pouco mais sisudos: esses fundos são controlados pelo mercado e o grande objetivo é o retorno do investimento, sem envolver questões sociais e culturais do projeto; a não ser que você encontre um fundo supimpa que se preocupe com isso. Se você conseguir conquistar os empresários, eles deixarão o jogo mais fácil para você colocar seu sonho em prática.

O Nanoempreendedorismo

O movimento DIY não precisa de tanto dinheiro assim para se preocupar com fundos de investimento, a não ser que você queira deixar a brincadeira do “faça você mesmo” mais séria depois. Afinal para fazer um DIY que se preze, os materiais devem ser baratos e fáceis de se encontrar. Só que isso gera um problema semelhante a um empreendimento de “mini porte”: você não vai precisar (provavelmente) e não vai conseguir sozinho 10.000 ou 20.000 dólares; o que você vai precisar para projetos de garagem é da ordem de 500 a 2000 dólares. É pouco provável – devido ao porte do empreendimento – que exista um fundo de investimento que se interesse em apoiar (tudo bem, vai que você consegue!) o seu “faça você mesmo” (apesar desses valores ainda serem uma considerável graninha!). Uma categoria de investimento para “nano-empreendedores” seria mais improvável ainda: além de ser uma grande mistura de hobby com negócios – o que poderia estragar toda a ideia divertida de DIY – os riscos de investimento seriam muito altos (apesar de estar em jogo “pouca” grana).

Crowdfunding: o poder da internet em suas mãos

Como deu para perceber, apesar do dinheiro ser importante, não diria que ele é o limitante para sua ideia (apesar de aumentar pra caramba a sua moral e seu respeito social), seria mais um entrave. O essencial mesmo é conhecer pessoas. Pessoas certas na hora certa principalmente, isso sim é que é difícil. Isso vai economizar muito tempo e sola de sapato. Mas diminuindo ainda mais o tamanho das coisas, pode ser que nem sapatos sejam necessários: apenas uma conexão com a internet já basta (a internet te dá super-poderes). É assim que funciona o Crowdfunding, o “financiamento pela multidão”. É o mesmo modelo que a Wikipedia, a Avaaz e vários programas e aplicativos gratuitos que vivem de doações usam para conseguir existir.

Como sempre, as coisas legais chegam no Brasil depois de já fazerem muito sucesso “lá fora”, mas já existem iniciativas muito legais
como a Crowdfunding Brasil. Contudo, dá para pegar a onda dos gringos através de alguns sites muito legais:

RocketHub

Disponível para usuários de  todo o mundo. Funciona como todos os outros: você cria uma página para as pessoas contribuírem online, estabelece o quanto você precisa para sua ideia e dá um prazo para levantar a grana. Ajudando com diferentes valores existem diferentes categorias de “recompensas” que o contribuidor ganha. O que o RocketHub ganha com tudo isso? 4% de tudo arrecadado, para financiamentos dentro do prazo ou não. Eles recomendam essa correção nos valores antes de realizar a campanha.

Kickstarter

Diferentemente do RocketHub, aqui o negócio é tudo ou nada: consegiu financiar no prazo? O dinheiro é seu. Não conseguiu? É do Kickstarter. É o site de Crowdfunding mais famoso, mas por enquanto não é de acesso mundial.

 

 

IndieGoGo

É bem parecido com o RocketHub: também é uma plataforma mundial e cobra 4% de tudo arrecadado. A única diferença é que se você não conseguir levantar a quantia no prazo, a porcentagem que fica para o site é maior: 9%.

O único site de crowdfunding tupiniquim é o LET’S. Ainda não é tão bombado como os outros, mas com as políticas de divulação do site e do formato de financiamento de crowdfunding, espera-se que no futuro seja uma opção tão boa quanto as estrangeiras. A LET’S sempre fica com 5% do valor arrecadado caso o pagamento seja via Paypal.

Existem muitos projetos impressionantes e interessantíssimos nesses sites, com diferentes graus de ambição. Para nossa iniciativa de participação no iGEM 2012, além de corrermos atrás de financiamentos por patrocínios de empresas, criamos um projeto lá no RocketHub! Até o presente momento conseguimos levantar incríveis 385 dólares (uhul! Estamos ricos!). Sinta-se à vontade para olhar nossas recompensas e contribuir como quiser! Conte para todo mundo também!

Enfim: fica aí a dica. Principalmente se você curte DIY Biology e tem ideias bem legais que quer colocar em prática. Só não vai criar um problema de Biossegurança hein!

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