O que é a vida!?
Talvez essa seja a pergunta – ou pelo menos variantes dela – que todos os que têm coragem de se perguntar, se perguntam pelo menos uma vez na vida.
Bem, o mínimo que podemos concluir desse metaquestionamento é que, se nos perguntamos isso, é porque estamos vivos e ponto final. O que seria uma das conclusões que você poderia tirar da frase que Descartes ficou convencidamente orgulhoso de ter elaborado: “Penso, logo existo!”. Mas esse é um site sobre biologia sintética, e como tal devemos tagarelar sobre como subjugar a Biologia ainda mais à nosso favor (com todo o respeito Biologia!), e não sobre essas coisas incertas de filósofos!
É aí que o pobre estudante, simpatizante, ou entusiasta do assunto se engana (i.e., leitor do blog). Toda a ciência, por mais complexa e rebuscada que se torne, chega a um ponto em que deve olhar para as suas entranhas e dizer: “Mas o que significa isso mesmo!?”.
Todas não, vai! A matemática já é bastante crescidinha para esse tipo de coisa. Já superou suas crises e faz tempo que vem descrevendo perfeitamente a realidade bem antes de a maioria das pessoas conseguir interpretar sua abstração como algo mais tangível.
A Física por exemplo, passou séculos podendo ser entendida sem maiores preocupações filosóficas, até chegar nos problemas quânticos. Nessa fase, uma pergunta puramente filosófica à olhos leigos – e também para um certo número considerável de não-leigos – poderia ser: “Como uma coisa pode e não pode estar no mesmo lugar ao mesmo tempo?” ou “Como um gato pode estar vivo e morto ao mesmo tempo dentro de uma caixa!?”. Mas aí a Matemática, com toda sua experiência, dá um tapinha nas costas da Física (a que muitos atribuem o parentesco de filha) e a ajuda em seus problemas existenciais, mesmo que muitos seres humanos não tenham a capacidade de compreender à primeira vista como ela ajudou. Mas isso é só um detalhe.
E a Biologia!? Ela vem sofrendo de um problema existencial há muito tempo, e agora as coisas vêm piorando; coitada. Ela já estava combalida por causa de uma velha história indecisa sobre considerar um vírus como vida ou como “pseudovida”, e agora ainda vêm uns astrobiólogos aí com o papinho de “temos que acabar com os nossos preconceitos sobre o que é vida para conseguir procurar e encontrar adequadamente vida fora da Terra”. E que ainda por cima, têm a audácia de comprovar que o querido ácido nucleico, a peça chave na propagação de toda a vida, pode ser de uma maneira bem diferente (ok, nem tanto diferente) da que conhecíamos como “normal”. Isso sem falar nesses pesquisadores aqui (do post anterior) que conseguiram fazer em laboratório uma bactéria com um nucleotídeo considerado tóxico, que na prática, é quase o mesmo que fazer o que o pessoal da Nasa fez, mas sem o estardalhaço incompreendido na mídia (ou seria a mídia incompreendendo o estardalhaço?).
“Mas o que eu tenho a ver com essas neuras das ciências!?”, poderia se perguntar a pessoa mais desavisada. Eu diria que tudo.
As sociedades mais predominantes no mundo, apesar de terem o pensamento científico seguindo uma lógica singular, têm uma cultura extremamente plural. Fato. Isso quer dizer então, à priori, que existem mais maneiras diferentes dessas culturas verem a ciência do que o contrário; e as maneiras de influenciar a ciência são bem maiores quando ela abre margem para discussão de seus conceitos incertos, como “o que é vida!?”.
Aos olhos de uns, as peripécias do grupo de Craig Venter (que criaram a “célula artificial” Mycoplasma laboratorium) podem ser “brincar de Deus”, aos olhos de outros pode ser apenas “a linhagem de bactéria geneticamente mais ‘enxuta’ que já se conseguiu criar”. É
nesse modelamento extremo da vida que a opinião sobre “o que é a vida!?” faz muito a diferença. Em geral essa pluralidade de visões é benéfica, pois ajuda a regularizar muita coisa potencialmente perigosa e não-ética. Mas por causa da falta de informação, pode gerar muito preconceito e dificultar várias pesquisas que poderia ajudar muita gente. Vide por exemplo o uso das células tronco: qual é sua opinião? Agora você consegue ver a implicação na sua vida do título desse post!?
Parece que a Biologia vai ter que ficar filosofando ainda um bom tempo sobre suas entranhas para responder algumas perguntas, mas isso talvez seja só um lembrete da sábia mãe Filosofia: de que pragmatismo em excesso e falta de questionamento geralmente não caem bem para o estômago das ciências.
Light Switches: Um Review
Já tratamos nesse blog de um dispositivo simples, mas engenhoso, para a transdução de um sinal luminoso em uma resposta genética desejada, no caso um switch de luz vermelha. Mas podemos abranger o conceito de switch de luz para uma variada gama de mecanismos que a própria natureza esculpiu durante os milhares de anos que teve para se divertir sozinha antes que nós aprendêssemos a modificá-la.
Os mecanismos mais óbvios, que conhecemos bem antes de termos conhecimento da existência de uma célula, são os das plantas. Apesar de pensarmos nesses seres vivos como a fonte mais provável das ferramentas que precisamos para construir um light switch, a biologia sintética utilizou até agora principalmente os dispositivos fotossensíveis de microorganismos fototróficos e quimiotróficos, presentes em uma grande quantidade de bactérias.
As funções de muitos fotorreceptores ainda não são muito claras, mas alguns exemplos na natureza da atividade desses mecanismos vão desde a regulação da motilidade celular, formação de pigmentos, reparo de DNA, resposta ao stress , à até “comportamentos multicelulares”, como a formação de biofilmes e de corpos de frutificação, como por exemplo a Stigmantella aurantiaca.
Corpo de frutificação de Stigmantella aurantiaca. Retirado da publicação de van der Hornst et al, mencionada no final do post.
A grande maioria das proteínas fotossensíveis que a seleção natural pôde criar nesses milhões de anos, e que até agora conhecemos, pode ser classificada em seis famílias bem definidas, baseada na estrutura do cromóforo absorvedor de luz, que podem ser: as famosas rodopsinas, os aqui já conhecidos fitocromos, as xantopsinas, os criptocromos, as também famosas fotropinas e as proteínas de domínio BLUF (blue light sensing using flavin (FAD), domínio utilizador de flavina sensível à luz azul).
A natureza é sutil; ela parte de princípios básicos e com eles (utilizando um bocado de tempo) cria as mais variadas soluções para um mesmo problema. Com os fotorreceptores não é diferente. Uma procura de similaridade de sequências que codificam esses seis tipos de fotorreceptores no mecanismo de busca protein BLAST do NCBI revela uma grande quantidade de sequências similares nos genomas de diferentes espécies, indicando um vasto número de receptores ainda não caracterizados em diversos microorganismos. Um exemplo dessa busca pode ser visto da lista deste link: Chemotrophic organisms containing protein photoreceptor domains.
O princípio básico dos fotorreceptores é: uma estrutura molecular que contenha um ou mais domínios que captam a luz (input) e outro(s) que transforme(m) isso em um sinal intracelular (output). Os domínios de input ligam-se a cofatores ou cromóforos, resultando em uma molécula capaz de absorver luz UV ou visível. O domínio do output pode possuir uma atividade enzimática, proteína-ligante, ou DNA-ligante. Vejamos alguns domínios de input e de output comumente encontrados in natura.
| Domínios de Input | Domínios de Output |
| AppA: Anti-repressor de pigmentos fotossintéticos. O AppA foi a primeira proteína com domínio BLUF caracterizada em Rhodobacter sphaeroides. Absorve na região dos 446 nm com o seu cromóforo FAD. Além de sensível à luz, está envolvida em reações redox.BLUF: Um domínio presente em várias proteínas fotoativas, sua estrutura é similar, mas com um mecanismo funcional totalmente diferente, ao domínio PAS.
LOV: Uma subclasse do domínio PAS, nomeado LOV devido ao tipo de sinal que esse domínio detecta: Luz-Oxigênio-Voltagem (light-oxygen-voltage). Esse tipo de domínio foi descoberto em fototropinas de plantas e mais recentemente em proteínas bacterianas. Um tipo de domínio bem “popular”. PAS: De “Per-Arnt-Sim”, três reguladores transcricionais que contêm esse tipo de domínio. Outro tipo de domínio bem “popular” no quesito receptor de luz. Muitas proteínas com domínio PAS são conhecidas por transmitir o seu sinal associando-se a cofatores. Fitocromo: Receptor de luz vermelha e infravermelho encontrado em plantas e bactérias, ligando-se em uma cromóforo de bilina (Lembra do red light switch? A Ficocianobilina é um desses cromóforos). PYP: De photoactive yellow protein (proteína fotoativa amarela). Um receptor de luz citoplasmático que usa ácido p-coumárico como seu cromóforo. Sua absorção máxima é em 446 nm. Rodopsina: Proteína composta por um conjunto de sete hélices intermembrana (ver imagem na tabela abaixo), ligando-se a um cofator retinal em seu centro hidrofóbico, absorvendo em maior parte luz verde. Há uma grande quantidade de estudo sobre ela. YtvA: Um bem caracterizado domínio fotoreceptor de luz azul em Bacillus subitilis. Possui um domínio LOV que se liga ao cromóforo monoflavina (FMN), o que resulta numa absorção máxima em torno de 449 nm. |
EAL: Domínio com atividade enzimática diguanilato-fosfodiesterase (traduzindo: envolvido na hidrólise de di-GMP cíclico, um importante sinalizador intracelular). Chama-se EAL por causa de sua sequência conservada de resíduos, mas também conhecido como DUF2.GAF: Domínio com atividade de adenilato-ciclase, guanilato-ciclase, e fosfodiesterase. Liga-se à um cofator bilina em alguns fitocromos.GGDEF: Similar ao EAL, possui atividade de ciclase em diguanilatos (di-GMP). Também possui seu nome devido à sua sequência conservada, conhecido também por DUF1.
HisKA: Domínio fosfoaceptor e dimerizador de proteínas histidina-quinases, importantes proteínas na sinalização intracelular. HTH: Domínio de ligação ao DNA de reguladores de transcrição bacterianos. Eles se ligam ao DNA via seu motivo (sequência específica de aminoácidos) helix-turn-helix (hélice-dobra-hélice). STAS: O domínio STAS, cujo nome significa domínio transportador de sulfato e antagonista de fatores anti-sigma (traduzindo: promove a atividade do tal fator de transcrição sigma), é o domínio de output do bem caracterizado YtvA, mas também encontrado em outros fotoreceptores. |
Sabendo como as coisas são naturalmente, é possível juntar diferentes peças desse zoológico de domínios proteicos e formar diferentes light switches. Vejamos por exemplo o red light switch: basta juntar um domínio input de fitocromo e um output de ligação ao DNA, no caso o GAL4. Para sintetizar um switch de luz azul, verde, amarelo, e etc, o princípio fundamental é o mesmo: basta montar um input e um output desejados. O resto é pura metodologia e testes. Alguns exemplos de construções naturais podem ser:
Como se pode ver, o domínio de input LOV parece ser o mais versátil, o que talvez explique a sua “popularidade” no mundo bacteriano dos domínios fotossensíveis. Encontra-se um LOV input ligado à vários tipos diferentes de outputs.
Uma coisa interessante a se levar em conta nessas construções naturais é o tempo de alternância entre os diferentes estados dos fotorreceptores, que como vimos no red light switch, se resume (na maioria dos casos) a um estado “ativo” quando exposto a luz e um “inativo” quando no escuro ou quando passado certo tempo de exposição. Quando o ciclo de mudança do estado ativo para o inativo é um pouco lento, ele é geralmente compatível com regulações na expressão gênica, enquanto graus rápidos de mudança são relacionados com uma regulação comportamental (que não envolve diretamente uma regulação gênica, como por exemplo o aumento da taxa de motilidade de uma bactéria quando exposta à luz). Um ciclo de mudança ainda mais rápido sugere funções bioenergéticas para o fotoreceptor. Isso é um parâmetro importante a se levar em conta no design de dispositivos sintéticos fotossensíveis.
No fundo, talvez grande parte da própria biologia sintética se resume ao que discutimos aqui: mudança de informação com recombinação. Caímos então no ponto recursivo da biologia. À diferentes níveis e abordagens sempre teremos a mesma simples metáfora dos blocos de montar: os blocos sempre são os mesmos, o que muda é a informação que colocamos neles ao fazermos diferentes estruturas com diferentes combinações das unidades. Quer um light switch específico que ainda não foi feito? Já está pronto, só basta combinar informação.
Em posts futuros mostraremos como combinar inputs e outputs para criar light switches de outras cores, novamente, com as construções feitas pelos de times de edições passadas do iGEM. Para maiores e melhores informações sobre fotorreceptores, vale consultar o ótimo review de Michael van der Hornst et al:
van der Horst MA, Key J, & Hellingwerf KJ (2007). Photosensing in chemotrophic, non-phototrophic bacteria: let there be light sensing too. Trends in microbiology, 15 (12), 554-62 PMID: 18024131
Bionumbers
Olha aí um site bem legal: Bionumbers, um banco de dados numéricos biológicos!
Alguma vez vocês já se perguntaram: “Nossa, quantas moléculas de Glicose são necessárias para dobrar a massa de uma E. coli?!” ou “Poxa vida, seria ótimo saber o diâmetro de um neutrófilo…Qual será?!”. Nunca se perguntaram?! Não!?
Pois é, esse site tem os números que respondem a esses tipos de perguntas e a outras mais, citando as referências dos trabalhos científicos que embasam essas medições.
São dados importantes que podem ajudar a dar aquele argumento de prova concreta no seu trabalho escolar ou tese, sem que você precise gastar muito tempo com isso. É claro que não tem todas as informações que você procure: ainda nem todas as coisas foram medidas pela curiosidade humana. Há lacunas, mas isso não é problema, o Bionumbers deixa reservado espaços para que o avanço da ciência as vá preenchendo, citando as referências que pelo menos dêem algum tipo de detalhe do assunto.
O banco de dados foi criado em 2007 por pesquisadores do departamento de biologia de sistemas de Harvard e hoje é coordenado e desenvolvido por um dos criadores em seu laboratório no Instituto Weizmann, em Israel. Estão fazendo um trabalho muito legal.
Agora temos um pequeno desafio para você: Qual é a porcentagem de genes que codificam proteínas nos humanos? Hein!?
Vá lá e dê uma checada!
Portas Lógicas em Sistemas Gênicos
A associação da biologia sintética com a eletrônica é bem grande. A semelhança entre a interação de enzimas, fatores de transcrição e DNA, e circuitos elétricos gera uma interessante conexão interdisciplinar entre engenharia elétrica e biologia, tanto que os próprios fundadores do iGEM e do registry of parts são engenheiros elétricos!
Algumas boas analogias, ou melhor, interpretações dos sistemas gênicos, são feitas com o uso de portas lógicas para classificar o comportamento das interações gênicas. Portas lógicas baseiam-se na lógica booleana, usada largamente em computação. Para entender melhor, vamos ver uns dois exemplos: o NOR e AND.
NOR (“not OR”, o inverso do resultado para a porta OR, conhecido também como NEM):
Imagem retirada e modificada da referência (Khalil, A., & Collins, J.).
Como já foi mostrado aqui no blog, esse dispositivo possui dois estados estáveis que podem ser ligados ou desligados através de inputs específicos. Retirando esse input, no caso sinais exógenos como calor e IPTG, o sistema preserva o seu estado, criando assim uma forma molecular não exclusivamente estrutural (i.e. conformação de proteínas e etc) de memória na célula. O raciocínio é o mesmo em eletrônica, como no circuito flip-flop do tipo set-reset, que é capaz de servir como uma memória de um bit em circuitos digitais.
O sistema pode ser interpretado através da tabela verdade de NOR: As entradas são as interações (de repressão ou ativação) do sinal exógeno e do produto gênico, enquanto os números 0 e 1 associados à falso e verdadeiro, podem ser interpretados respectivamente como repressão e ativação nas colunas da entrada, e existência (um) ou não (zero) de
um output na coluna da saída. Então por exemplo, tendo A como o calor (heat) e B como a proteína repressora Cl (produzida por cl-ts) só se terá uma saída (o número 1), ou melhor, um estado estável do toggle (em que é expresso apenas um conjunto de genes), se houver uma interação entre repressões, ou seja, a repressão do repressor, no caso o calor reprimindo a repressão de Cl de lacl, que produz um estado estável de produção de Ptrc2 e GFP (green flourescent protein). Para o outro estado estável, com produção de Cl e repressão do gene lacl, a idéia é a mesma, basta fazer A igual à IPTG e B igual à Ptrc2.
AND (conhecido também por E):
Imagem retirada e modificada da referência (Khalil, A., & Collins, J.).
Nesse exemplo, são necessários dois inputs para se obter o output: um de arabinose para transcrever a polimerase T7 com dois stop codons âmbar (é uma classe de stop codons, representada no desenho como pequeninos círculos vermelhos com pontas) no código do seu gene (a polimerase é necessária para expressar o sinal de GFP); e outro sinal de salicilato que promove a transcrição de supD, um RNA transportador supressor de stop codons âmbar. Desse modo, tomando A da tabela verdade como a arabinose, e B como salicilato, pode-se ver claramente que apenas com a ativação da transcrição feita por esses fatores a expressão desses dois genes, pode ocorrer o output de luz fluorescente verde dada pela GFP: o produto de supD suprime os stop codons do gene t7pol, permitindo a transcrição completa de polimerase T7.
Esse é um exemplo de quão sofisticado um sistema gênico pode ser ao se ligar a informação sensorial de múltiplos elementos sensitivos a uma expressão gênica programada. O interessante dessa interface entre engenharia elétrica e microbiologia é a possibilidade de construção de sistemas gênicos com o mesmo princípio de uma série de outros dispositivos já existentes na engenharia, e também o contrário: (porque não!?) usar os dispositivos moleculares que a própria natureza criou e aplicá-los na eletrônica.
Para mais informações sobre outros sistemas bem interessantes, vale ver o review muito legal sobre biologia sintética:
Khalil, A., & Collins, J. (2010). Synthetic biology: applications come of age Nature Reviews Genetics, 11 (5), 367-379 DOI: 10.1038/nrg2775
Switch de Luz Vermelha
Os mecanismos de ativação da expressão gênica majoritariamente utilizados em biologia sintética hoje, que utilizam pulsos de algum tipo de metabólito para a indução de uma resposta gênica, possuem diversas desvantagens, indo desde uma cinética de ativação ineficiente a até possivelmente efeitos tóxicos dependendo do metabólito utilizado.
A indução de uma atividade gênica baseada em uma transmissão de
informação na velocidade de fóton é muito mais precisa, rápida e prática que qualquer outro metabólito que exista pelos simples fatos de que um fóton não precisa ser “dissolvido” no citosol, não precisa colidir com o seu alvo de alguma maneira particular para iniciar uma resposta enzimática, e talvez o mais importante: um fóton não causa efeitos pleiotrópicos (i.e. ativação de um gene não desejado) e não antecipados como um metabólito (Bem, isso se você tiver certeza de que não há mais nenhum receptor de luz além daquele que você vai usar na sua bactéria) Somado à isso, a luz é um indutor de resposta gênica barato, universalmente disponível, simples de usar, não-invasivo, atóxico, de alta inducibilidade e reversibilidade, e que pode ser facilmente utilizado em vários sistemas.
Provavelmente no futuro a grande maioria dos mecanismos indutores de máquinas geneticamente modificadas deverão ser induzidos por luz, ou quem sabe por quaisquer outros tipos de indutores de expressão com características equiparáveis.
Para se ter uma noção do funcionamento de um switch de luz, mais particularmente de luz vermelha, vamos dar uma olhada no mecanismo molecular por trás dessa idéia.
Mecanismo Molecular
O mecanismo molecular de ativação por luz provém, como era de se esperar, de proteínas vegetais encontradas no cloroplasto. Elas estão envolvidas no fotoperiodismo das plantas, germinação de sementes, e síntese de clorofila, além de outras coisas. Essas proteínas são os fitocromos.
Os fitocromos não possuem atividade sensível à luz por si só: é
necessário estar covalentemente ligado à um cromóforo, que nas plantas é a fitocromobilina (PφB), e em cianobactérias é a ficocianobilina (PCB), que é o mais usado devido à sua fácil purificação. Na ausência desses cromóforos não há mudanças conformacionais devido à luz nos fitocromos, é ele que capta a energia do fóton e traduz em uma mudança conformacional na proteína, culminando na mudança de sua funcionalidade.
O funcionamento deste biossensor sintético se dá através da construção de proteínas quiméricas a partir de receptores de luz e fatores de transcrição. Para receptores de luz vermelha (660 nm) há pelo menos dois tipos de mecanismos celulares construídos, que são os que vamos falar aqui, ambos utilizando uma idéia muito interessante: a fusão de partes de proteínas, as chamadas proteínas quimeras. Essa fusão vai além do aspecto estrutural e junta características funcionais de cada parte em uma proteína só. Não é demais!?
Um desses mecanismos, utilizando um híbrido entre fitocromo
(podendo ser A ou B) e o domínio quinase da proteína de E.Coli EnvZ. Essa quimera possui um mecanismo de inibição através da exposição à luz vermelha: quando o domínio quinase está fosforilado, há a expressão gênica (no caso, de lacZ, que induz a formação de um pigmento branco por ação da expressão de β-Galactosidase), já na presença de luz vermelha, o domínio torna-se desfosforilado e inibe a expressão (veja a imagem 1). Esse mecanismo molecular para a construção de um light switch foi o utilizado pelo time da universidade do Texas na competição de biologia sintética realizada no verão, no período de atividades independentes do MIT de 2004, o qual impulsionou a criação do iGEM.
O outro mecanismo molecular atua através de duas quimeras: uma
resultante da fusão entre o fitocromo (A ou B) e o domínio de ligação ao DNA (GBD) da proteína GAL4, e a outra um híbrido de PIF3 (phytochrome interaction factor 3) e o domínio de ativação de transcrição (GAD), também do fator de transcrição GAL4. Quando não exposto à luz ou exposto à luz infra-vermelha (far-red light, FR), o fitocromo na conformação Pr (forma inativa) somente fica ligado ao DNA através do domínio do domínio GBD, porém quando exposto à luz vermelha, a proteína quimérica do fitocromo ganha a conformação Pfr (forma ativa) que se liga à PIF3-GAD com alta afinidade, o que induz a transcrição do gene alvo (veja a imagem 2).
Outras proteínas podem ser usadas substituindo PIF3, como FHY1
(far-red elongated hypocotyl 1) ou FHL (FHY1 like), fundidas à GAD também (imagem 3).
O grande diferencial deste último mecanismo de switch é a rapidez
de resposta gênica e fácil modulação. A conversão das formas Pr para Pfr ocorrem em milissegundos, e a transcrição em segundos. A indução reversa é igualmente rápida, exigindo apenas uma dissociação entre a quimera com GBD e a com GAD. Isso permite alto sincronismo e uma indução da expressão uniformizada na população celular.
Agora imagine a aplicabilidade disso, por exemplo, em uma indústria que precise produzir um biomedicamento que necessite ser constituído de proporções de dois diferentes compostos. Ela teria que criar dois processos independentes de produção, dois biorreatores, uma unidade de mistura, teria que dosar as quantidades sendo misturadas e etc: iria ter que sustentar dois processos paralelos. Com um simples mecanismo molecular de light switch o
remédio ficaria muito mais barato e rápido de se produzir com apenas um apagar
e acender de lâmpadas. Os dois constituintes do medicamento poderiam ser produzidos no mesmo biorreator e em proporções que seguiriam apenas o tempo de exposição à determinada luz, no caso deste post, luz vermelha e infravermelha. Bacana não é? E isso é só um exemplo.
Para maiores e mais específicas informações, vale dar uma olhada
nos papers aqui embaixo (a referência 3 traz um modelo matemático bem legal ).
1) Levskaya A, Chevalier AA, Tabor JJ, Simpson ZB, Lavery LA, Levy M, Davidson EA, Scouras A, Ellington AD, Marcotte EM, & Voigt CA (2005). Synthetic biology: engineering Escherichia coli to see light. Nature, 438 (7067), 441-2 PMID: 16306980
2)Shimizu-Sato S, Huq U, Tepperman JM, Quail PH (2002). A light-switchtable gene promoter system Nature Biotechnology, 1041-1044 DOI:10.1038
3) Sorokina O, Kapus A, Terecskei K, Dixon LE, Kozma-Bognar L, Nagy F, & Millar AJ (2009). A switchable light-input, light-output system modelled and constructed in yeast. Journal of biological engineering, 3 PMID: 19761615
iGEM Videos
Antes do segundo post da série “Inside iGEM” que vem por aí no blog, nada melhor do que ouvir os próprios estudantes dos times participantes para descobrir como foram algumas das edições passadas. E o melhor, em vídeos feitos por eles mesmos!
Talvez o que mais mostre a experiência do que foi ter participado na elaboração de um projeto para a competição, no melhor espírito que os alunos de Graduação especialmente têm, seja o do time da Universidade de Southtampton de 2009.
The iGEM experience:
[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=13SVRfxGZko]
(Repare de 1:50 a 2:10!)
É claro que quando se encabeça um projeto, deve-se saber como “vender o próprio peixe”. Há vários vídeos extremamente bem explicativos no YouTube, além da própria wiki dos times, que explicam o que é o projeto e mostram sua aplicabilidade (veja alguns links no final do post), mas particularmente, o da Universidade de Edinburgo, com as suas E.Coli’s “MineBusters”, é o mais original já feito (até agora) para o iGEM. Dêem uma olhada:
The MineBusters:
[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=QLsmjL3RIKw]
Além da concepção do projeto, a criatividade e bom humor (sem falar no talento) fazem parte de muitos times da competição. Outro vídeo musical, feito pelo time de Cambridge de 2010, mostra o drama da inserção de genes em um vetor (um plasmídeo) solucionado através do uso da técnica de Gibson Assembly (Técnica que une dois fragmentos de DNA, notável pelo número e tamanho de fragmentos que pode associar com apenas uma única reação). Uma ótima canção para você cantar aos seus colegas de laboratório (mas só se você cantar bem como a garota do vídeo!).
The Gibson Assembly Song:
[youtube=http://www.youtube.com/watch?v=WCWjJFU1be8&feature=related]
Links para outros vídeos interessantes:
- Project Firefly, do time de Cambridge de 2010.
- Projeto da École polytechnique fédérale de Lausanne, em que modificam a bactéria do gênero Asaia para combater a Malária.
- Projeto “Essencia Coli”, do time de 2009 da universidade belga K.U.Leuven.
Inside iGEM: A Competição
Esse é o primeiro da série de três posts “inside iGEM”, em que vamos mostrar um pouco mais a fundo sobre o que é a competição e como ela funciona.
A Inscrição
Tudo começa com a inscrição de um time, que pode ser composto por estudantes de graduação de várias áreas: desde matemática aplicada até a própria Biologia, a idéia é que quanto mais interdisciplinar for o grupo mais interessante poderá ser o projeto. Não é preciso que um time seja de uma única universidade ou que uma instituição tenha apenas um time, basta apenas ter uma idéia, um projeto, e instrutores e orientadores para apoiá-lo. E como nem só de flores vive o mais ambicioso projeto, é preciso patrocínio. É comum o patrocínio ser público, uma vez que as equipes representam universidades, mas existem muitos investimentos de empresas interessadas na pesquisa.
Para a inscrição, é cobrada uma taxa de dois mil dólares mais cerca de $225USD por estudante para o atendimento nas competições regionais (uma modificação deste ano na competição) além de mais $425USD para outros participantes. Os mesmos valores são requisitados na fase mundial da competição.
O evento no MIT.
Escolas de nível médio (equivalentes às high schools americanas) também podem participar. A partir deste ano foi criada uma divisão para essa categoria, que tem participado desde 2008 no iGEM.
O Trabalho
Após a formação de um time, são dados aos estudantes inscritos um kit de partes biológicas do registro de partes biológicas padrão (ver último post) em meados de abril . Eles devem usar essas partes e novas partes com design próprio para construir sistemas biológicos que operam em células vivas, como os que já mostramos aqui a nivel básico em posts antigos (ver Osciladores, e Uma Bactéria que Conta).
Da data de entrega do kit até o fim de setembro, época em que a wiki (exemplo: Bactoblood, da Universidade de Berkley ) que cada time deve fazer é congelada, o time precisa enviar a descrição de seu projeto, propostas de segurança, que precisam ser aprovadas, documentar a parte padrão e registrar o BioBrick no registro de partes padrão. Então em outubro começa a fase regional, uma outra modificação da competição na edição deste ano, para depois haver então o campeonato global no MIT.
A Competição
Em novembro ocorre o evento que dura cerca de dois dias na sede do MIT. Houve certa discussão nas modificações que ocorreram da edição deste ano para mudar o local do evento para as ilhas Bahamas (!), contudo foi decidido por manter a competição em solo americano devido a possíveis problemas logísticos e de vistos (para que não sabe as ilhas Bahamas é um país!). Nas Bahamas ou não, em toda competição do iGEM, como o próprio site oficial sobre o evento faz questão de ressaltar, os estudantes além de passar por uma experiência cultural, acadêmica e profissional incrível, têm a oportunidade de se divertir um bocado (Veja um dos vídeos do iGEM de 2007).
As competições do iGEM, diferentemente das competições habituais, não têm um foco principal competitivo, mas meritocrático: os times não são à priori julgados comparativamente, mas têm seus prêmios ganhos através do comprimento de requisitos básicos que fazem o grupo merecedor de uma medalha. Os critérios de julgamento para conceder os tipos de medalhas aos grupos orbitam principalmente em torno do BioBrick e à medida em que se conquista uma medalha melhor, as exigências do BioBrick tornam-se maiores. Em resumo os pré-requisitos são:
Medalha de Bronze: Além de realizar a inscrição, ir ao evento e apresentar um pôster, é preciso detalhar no mínino um novo BioBrick padrão no registro de partes cumprindo todas as normas estabelecidas.
o BioBrick Trophy.
Medalha de Prata: Demonstrar que o BioBrick funciona como esperado e caracterizar (i.e. explicar como funciona) a operação dele in vivo.
Medalha de Ouro: Caracterizar um BioBrick já existente ou melhorá-lo e colocá-lo de volta no registro de partes, e também desenvolver um documento com uma nova técnica padrão que ajude no design, ou caracterização, ou construção, ou análise, ou modelagem, ou simulação, ou compartilhamento (ufa!) de um BioBrick ou do dispositivo biológico envolvido. Além de tudo isso, outro requisito é a cooperação: ajudar outro time do iGEM; como por exemplo na caracterização de um BioBrick e na modelagem ou simulação do sistema da outra equipe competidora (companheira!?) é um grande contribuinte para o prêmio dourado.
Mas como toda boa competição, além das medalhas há uma avaliação do best of the bests dentre as categorias de projeto, podendo dar o título de Area Prize ao time com maior destaque em sua área. As áreas de premiação são:
- Melhor projeto de Alimentação ou Energia (Best Food or Energy Project).
- Melhor projeto Ambiental (Best Environment Project).
- Melhor projeto de Saúde ou Medicina (Best Health or Medicine Project).
- Melhor projeto Industrial (Best Manufacturing Project).
- Melhor nova Área de Aplicação (Best New Application Area).
- Melhor Avanço Fundamental (Best Foundational Advance).
- Melhor projeto de Processamento de Informação (Best Information Processing Project).
Há também prêmios especiais para destaques de projetos:
- Melhor novo BioBrick Natural (Best New BioBrick Part, Natural).
- Melhor novo BioBrick ou Dispositivo Artificial (Best New BioBrick Part or Device, Engineered).
- Melhor avanço em Práticas Humanas (Best Human Pratices Advance).
- Melhor Medida Experimental (Best Experimental Measurement).
- Melhor Modelo (Best Model).
- Melhor Wiki (Best Wiki).
- Melhor Poster (Best Poster).
- Melhor Apresentação (Best Presentation).
Os maiores prêmios, baseados no desempenho geral na competição, são os troféus de primeiro lugar (imagem acima) e primeiro de vice-campeão e segundo vice-campeão. Além disso, existe também um prêmio especial para a área de desenvolvimento de ferramentas de softwares, cujas medalhas são “coloquialmente chamadas de mousepads” como o site oficial jocosamente menciona.
Após o evento, os participantes são fortemente encorajados a escrever um artigo e publicá-lo em revistas como o Journal of Biological Engineering, e a ir a conferências como a conferência anual do Institute of Engineering and Technology.