Os verdadeiros revolucion√°rios

Ningu√©m duvida que Apple, Tesla e Google sejam sin√īnimos de inova√ß√£o e tecnologia. E que seu sucesso est√° diretamente ligado a mentes brilhantes como Steve Jobs e Elon Musk, vision√°rios de primeira hora. Mas os investimentos necess√°rios para desenvolver a tecnologia que est√° presente num iPhone ou num Tesla com certeza espantaria a maior parte dos investidores do mercado, impacientes e √°vidos por lucros no espa√ßo de tempo mais curto poss√≠vel.

Pouca gente sabe que foi o dinheiro do contribuinte americano ao longo de d√©cadas que ajudou estas empresas a serem o sucesso que s√£o e forneceu as bases para o surgimento dos produtos revolucion√°rios de algumas das empresas mais inovadoras do mundo. Essa √© a ideia defendida pela economista Mariana Mazzucato no seu livro ‚ÄúO Estado Empreendedor‚ÄĚ.

Apesar das cr√≠ticas, √†s vezes merecidas, de serem estruturas pesadas e burocr√°ticas, as ag√™ncias do governo americano financiaram pesquisas que trouxeram para a ind√ļstria de consumo a tela touch screen, o display de cristal liquido, o SIRI e ajudaram Steve Jobs a fazer da sua empresa a marca ic√īnica que ela √©.

apple

Mas n√£o s√£o apenas as ag√™ncia de defesa que produzem inova√ß√Ķes. A partir de 1983 as empresas de biotecnologia se beneficiaram de um belo empurr√£o dado pelo Governo. Naquele ano foi aprovado nos Estados Unidos o Orphan Drug Act, decreto que fornece incentivos fiscais e subs√≠dios de P&D para o desenvolvimento de medicamentos para o tratamento de doen√ßas raras (doen√ßas que afetam menos de 200 000 pessoas). Sem este apoio eles praticamente n√£o existiriam. Esta iniciativa foi fundamental para o crescimento de empresas como Amgen, Genentech e Genzyme. Hoje os medicamentos¬†para doen√ßas raras s√£o respons√°veis por mais de 70% da receita das principais empresas de biotecnologia.

Os produtos inovadores dependem fundamentalmente dos investimentos em pesquisa de base. Se quisermos saber o que o futuro nos reserva, temos que olhar o que est√° sendo feito hoje neste campo,¬†um exemplo √© a biologia sint√©tica. Entre 2008 e 2014 as ag√™ncias governamentais americanas j√° investiram quase 1 bilh√£o de d√≥lares em pesquisas nessa √°rea. O MIT-Broad Foundry √© um dos institutos apoiados com¬†recursos da ag√™ncia de defesa DARPA e, de acordo com Ben Gordon, diretor do Foundry, ele¬†tem o objetivo de trazer solu√ß√Ķes para a sa√ļde, a agricultura e a qu√≠mica que s√£o desafiadoras demais para a ind√ļstria e para a academia.

Synthetic-Biology

Aqui no Brasil, al√©m da pesquisa b√°sica, o Governo tem investido em pesquisas na ind√ļstria e na cria√ß√£o de empresas de base tecnol√≥gica como forma de aproveitar as pesquisas, as patentes e o conhecimento produzido nas universidades. Entre as ag√™ncias de fomento est√° a Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), que por meio do Plano Inova Empresa apoia a inova√ß√£o em setores que o Governo Federal considera estrat√©gicos. Lan√ßado em 2013, √© o projeto mais ambicioso de inova√ß√£o que o pa√≠s j√° teve. Uma verdadeira revolu√ß√£o. Ele conta com R$ 32,9 bilh√Ķes que ser√£o destinados a √°reas como energia, nanotecnologia e biotecnologia nos pr√≥ximos anos.

Uma das institui√ß√Ķes que receberam recursos do FINEP foi a Embrapa Agroenergia. Em um pr√©dio com 10.000 m2 no Distrito Federal, a institui√ß√£o trabalha para produzir um futuro sustent√°vel para o planeta e para a economia brasileira. Mais de 50 projetos est√£o em desenvolvimento, entre eles a pesquisa em processos de convers√£o da biomassa em bioenergia, biomateriais e qu√≠micos renov√°veis de alto valor agregado. Mas nem sempre os recursos p√ļblicos s√£o bem aplicados. O programa Ci√™ncia sem Fronteiras √© um desses casos. Com mais de 100.000 bolsas, a maior parte delas para alunos de gradua√ß√£o, o programa investe na forma√ß√£o de pessoal altamente qualificado, colocando estudantes e pesquisadores em institui√ß√Ķes de excel√™ncia no exterior e atraindo jovens talentos para trabalhar no Brasil. Apesar de proporcionar a viv√™ncia internacional aos alunos, a iniciativa falha¬†pela falta de um acompanhamento rigoroso das disciplinas e atividades desenvolvidas por eles no exterior. Isso nunca poderia acontecer num programa onde o custo de um aluno pode chegar a 80.000 reais por ano. Rogerio Meneghini, professor da USP e diretor cient√≠fico da biblioteca virtual SciELO afirma: ‚ÄúNo contexto do desenvolvimento da ci√™ncia, a ida desses estudantes de gradua√ß√£o ao exterior n√£o vai fazer qualquer diferen√ßa‚ÄĚ.

Num momento de dificuldades econ√īmicas como a que enfrentamos hoje e viveremos nos pr√≥ximos anos, √© vital utilizar com mais sabedoria os recursos p√ļblicos. Gerenciar e avaliar os resultados ficou mais importante do que nunca. Ter a parceira das empresas privadas √© essencial. Resumindo: √© fundamental n√£o perdermos essa revolu√ß√£o que o Governo come√ßou.

BioWindows – A Microsoft pode estar reinventado o futuro mais uma vez

Considerado uma das pessoas mais importantes do s√©culo pela revista Times, Bill Gates dispensa apresenta√ß√Ķes. No in√≠cio do ano, ele retirou mais de um bilh√£o de d√≥lares investidos na Coca-Cola, McDonalds e Exxon. O motivo? Gates pretende focar em empresas que visam al√©m do lucro tamb√©m melhorar o futuro da humanidade. A Microsoft tamb√©m est√° seguindo essa meta.¬†Nos √ļltimos anos a empresa tem trabalhado para acelerar pesquisas que envolvem desde o aquecimento global at√© a biologia sint√©tica.

Talvez você não saiba, mas Bill Gates investe em biotecnologia há mais de 25 anos. A primeira empresa em que ele apostou foi a ICOS, um laboratório focado no desenvolvimento de medicamentos para o tratamento de doenças inflamatórias que mais tarde foi comprado pela farmacêutica Eli Lilly. Mas os investimentos não pararam por aí. A Microsoft tem uma divisão empenhada em solucionar problemas globais por meio da tecnologia, a Microsoft Research. Nesse laboratório são desenvolvidos softwares capazes de acelerar pesquisas em diferentes campos da ciência.

Bill

Na biologia sint√©tica, o design racional de c√©lulas que desempenhem comportamentos previs√≠veis permanece um desafio para os pesquisadores, e √© nisso que uma das pesquisas da empresa est√° focando. A Microsoft Research vem trabalhando h√° mais de dez anos para criar softwares e linguagens de programa√ß√£o que permitam ao pesquisador selecionar tudo aquilo que ele deseja que uma c√©lula sint√©tica execute, sem precisar se preocupar com todas as poss√≠veis combina√ß√Ķes de genes e sequ√™ncias regulat√≥rias dispon√≠veis. A partir dessas informa√ß√Ķes, o software forneceria as melhores sequ√™ncias de DNA para que a c√©lula realize tal fun√ß√£o, economizando tempo e dinheiro.

Os pesquisadores da empresa desejam que tais programas sejam f√°ceis de usar, atingindo assim um maior n√ļmero de usu√°rios poss√≠veis.

MSR

Em mais de uma ocasi√£o, Bill Gates comentou que se fosse adolescente nos dias de hoje teria optado por estudar biologia e gen√©tica. Em 2012, a receita dom√©stica de produtos geneticamente modificados nos Estados Unidos foi de U$ 350 bilh√Ķes, valor que tem crescido 15% ao ano. Para efeito de compara√ß√£o, √© o equivalente a quase 10% do PIB do Brasil no mesmo per√≠odo.¬†De acordo com Stephen Emmott, respons√°vel pela ci√™ncia computacional da empresa, a Microsoft quer fazer para os softwares de modelagem aquilo que ela fez para os softwares de neg√≥cios Excel e Word. Isso mostra que ela pode estar reinventando o futuro mais uma vez.

Cientista coreano conhecido por ressuscitar cachorros tem agora novo desafio

Essa semana o caso do dentista americano acusado de atrair um le√£o para fora do parque nacional de Zimb√°bue e mat√°-lo ganhou bastante repercuss√£o na m√≠dia, principalmente por se tratar de um le√£o conhecido e monitorado por GPS. Ele se chamava Cecil, e tamb√©m¬†foi decapitado. O dentista que pagou 50 mil d√≥lares para localizar e matar o animal, continua foragido, assim como in√ļmeros outros ca√ßadores, que segundo a World Wildlife Fund (WWF), s√£o grandes respons√°veis por reduzir o n√ļmero de animais vertebrados (mam√≠feros, aves, peixes e etc.) pela metade nos √ļltimos 40 anos. Por isso alguns pesquisadores planejam ressuscitar diversas esp√©cies. Um desses pesquisadores √© Hwang Hoo-Suk, que est√° confiante em fazer um mamute andar na Terra novamente.

leao

O laboratório SOOAM biotech, na Coréia do Sul, é famoso por clonar cachorros por 100 mil dólares, e agora eles planejam ressuscitar os mamutes. Com o derretimento do permafrost, milhares de mamutes estão aparecendo na Sibéria, e muitos deles em excelente estado de conservação, suficiente para alguns já terem até provado a carne de mamutes congelados há mais de 10 mil anos. A carne de mamute é tão comum por lá, que também é usada como isca por caçadores de raposas. O desafio agora é encontrar células que estejam intactas e com DNA viável, pois até agora apenas DNA fragmentado foi encontrado. Caso se consiga isto, o mamute seria clonado usando a mesma técnica utilizada para clonar a ovelha Dolly. Mas essa certamente não será uma tarefa fácil.

mamute

Em 2003, cientistas na Espanha ressuscitaram o bucardo, uma cabra dos Pirineus que foi ca√ßada extensivamente e dada como extinta no ano 2000. Utilizando c√©lulas que haviam sido preservadas, os pesquisadores transferiram o n√ļcleo intacto para um √≥vulo de cabra, originando 208 embri√Ķes. Dos 208 embri√Ķes implantados, apenas uma gesta√ß√£o teve sucesso, e em 2003, nasceu o primeiro animal fruto da ‚Äúdesextin√ß√£o‚ÄĚ. Os pesquisadores na Cor√©ia do Sul planejam fazer algo parecido, por√©m usando os √≥vulos e a barriga de aluguel de uma elefanta.

Ap√≥s anos de trabalho, milhares de d√≥lares investidos e 208 embri√Ķes, o bucardo sobreviveu por apenas sete minutos. Como o pesquisador George Church coloca em seu livro, “Regenesis“, sete minutos pode parecer pouco, mas basta lembrar que o primeiro voo dos irm√£os Wright durou 12 segundos. Sessenta e seis anos depois, o homem pisou na Lua. Mesmo que a ‚Äúdesextin√ß√£o‚ÄĚ se torne vi√°vel, a melhor alternativa por muito tempo continuar√° sendo a preserva√ß√£o do meio ambiente.

Assista ao document√°rio (com legenda!).

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Cabras‚ĄĘ, porcos‚ĄĘ, peixes‚ĄĘ e muito mais com marca registrada

Voc√™ pode n√£o saber, mas o Brasil j√° √© o segundo maior produtor de transg√™nicos do mundo, ficando atr√°s apenas do Estados Unidos. At√© agora as altera√ß√Ķes gen√©ticas em escala comercial estiveram restritas apenas √†s plantas, com destaque para a soja e o milho. Mas n√£o s√£o apenas novos vegetais que os pesquisadores desejam colocar no mercado, animais geneticamente modificados aguardam aprova√ß√£o para serem comercializados enquanto outros ainda passam por diversos testes. Confira cinco pesquisas que podem oferecer imensas vantagens para os consumidores, os produtores e at√© para o meio ambiente.

EnviropigTM

Com quase um bilh√£o de porcos no mundo, uma grande preocupa√ß√£o que se tem √© o destino dos¬†dejetos ricos em f√≥sforo e nitrog√™nio.¬†O EnviropigTM criado na Universidade de Guelph, no Canad√°, foi concebido para ser um porco ‚Äúeco-friendly‚ÄĚ.

Grande parte do f√≥sforo presente nos gr√£os e sementes que comp√Ķem a alimenta√ß√£o dos porcos est√£o na forma de fitato, um composto que eles n√£o conseguem digerir e portanto s√£o excretados. Para contornar esse problema, foi introduzido em seu genoma o gene da enzima fitase, o que torna poss√≠vel aos porcos a digest√£o e absor√ß√£o do f√≥sforo desses alimentos. Dessa forma, o Enviropig excreta at√© 70% menos f√≥sforo nas fezes.

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A pesquisa começou em 1995 e já recebeu patentes nos EUA e China, mas ainda não foi aprovado para consumo.

 

AquAdvantage¬ģ

O salm√£o AquAdvantage¬ģ deve ser o primeiro animal transg√™nico a ser aprovado para consumo pela¬†Food and Drug Administration (FDA). Ele √© igual ao salm√£o do atl√Ęntico em tamanho, apar√™ncia e gosto, exceto pelo fato de ter em seu genoma o gene de horm√īnio do crescimento do salm√£o do pac√≠fico e DNA do peixe-carneiro americano.

Sem título

Essas altera√ß√Ķes permitem que o salm√£o da empresa AquaBounty Technologies cres√ßa duas vezes mais r√°pido que o salm√£o selvagem e consuma 25% menos alimento durante sua vida. Os peixes s√£o est√©reis e criados apenas em cativeiro. A pesquisa teve in√≠cio em 1989 e, embora tenha-se conclu√≠do que o salm√£o n√£o apresente riscos, ele ainda est√° em revis√£o pela FDA.

 

Porcos ricos em √īmega-3

O consumo de alimentos ricos em omega-3 √© recomendado por possuir¬†poder anti-inflamat√≥rio e reduzir os riscos de doen√ßas cardiovasculares. No entanto,¬†nem todos os seres humanos t√™m acesso a esse tipo de alimento presente em grande quantidade nos peixes marinhos.¬†Para oferecer uma carne alternativa ao peixe, rica em √īmega-3, a solu√ß√£o at√© agora era alimentar os animais com linha√ßa, peixes e outros produtos marinhos, o que altera as caracter√≠sticas sensoriais da carne.

bacon

Para conseguir uma carne rica em √īmega-3 sem alterar a alimenta√ß√£o dos animais, pesquisadores nos Estados Unidos criaram porcos com o gene fat-1 do verme Caenorhabditis elegans. O gene fat-1 permite que os porcos consigam converter √īmega-6 em √īmega-3. A pesquisa foi publicada na revista Nature Biotechnology¬†mas ainda n√£o h√° previs√£o de comercializa√ß√£o.

 

Cabras Transgênicas

A diarr√©ia √© respons√°vel pela morte de mais de meio milh√£o de crian√ßas todos os anos. Uma pesquisa que teve in√≠cio em 1999 na Universidade da Calif√≥rnia ‚Äď Davis (UCD), tem como objetivo obter um leite com poder anti-microbiano produzido com cabras que receberam o gene humano da enzima lisozima, prote√≠na abundante no leite materno.

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A pesquisa que começou nos Estados Unidos agora é feita em parceria com a Universidade do Ceará. O leite produzido pelas cabras transgênicas já mostrou efeitos terapêuticos em porcos, animais que têm um sistema digestivo parecido com o nosso. Os próximos passos serão os testes clínicos em humanos.

 

Porcos ‚Äúeditados‚ÄĚ

Utilizando ferramentas de edição de genoma (Zinc Finger Nucleases РZFNs e Transcription Activator-Like Effector Nucleases РTALENs), pesquisadores do Instituto Roslin, no Reino Unido, criaram porcos resistentes ao virus da febre suína Africana, capaz de matar os porcos europeus em menos de 24 horas.

Para tornar os porcos europeus resistentes foi necess√°rio que uma √ļnica letra no genoma fosse alterada. A altera√ß√£o foi feita com base no porco selvagem africano que √© resistente ao virus, por√©m incapaz de cruzar com o porco europeu.

Os testes com os porcos devem começar esse ano e se tiverem sucesso serão submetidos à aprovação pela FDA.

 

pig

 

Capazes de causar menor impacto ambiental, resistir a doen√ßas e serem mais saud√°veis, os animais geneticamente modificados podem ter um importante papel na alimenta√ß√£o da popula√ß√£o mundial, que deve atingir 9 bilh√Ķes em 2050. Mesmo ainda enfrentando a oposi√ß√£o de ativistas, muitos pesquisadores acreditam que os animais modificados por ferramentas de edi√ß√£o de genoma devem ter sua aprova√ß√£o acelerada pelas ag√™ncias reguladoras. Caso isso aconte√ßa, o Brasil n√£o ser√° apenas um dos maiores produtores de plantas‚ĄĘ geneticamente modificadas, mas tamb√©m de animais‚ĄĘ.

5 empresas que est√£o utilizando a biotecnologia para mudar o mundo

Todos os dias, mais de 90 milh√Ķes de barris de petr√≥leo s√£o produzidos e mesmo assim este n√ļmero continua a crescer. O¬† consumo deve chegar pr√≥ximo de 100 milh√Ķes em 2020. A queima e o refino do petr√≥leo s√£o grandes respons√°veis pela polui√ß√£o, o aquecimento global e danos √† sa√ļde. Felizmente muitas empresas est√£o buscando alternativas renov√°veis e aqui v√£o 5 exemplos.

DuPont

A mais velha da lista, a DuPont utiliza microrganismos e a√ß√ļcar de milho para produzir produtos renov√°veis¬†de diferentes finalidades, desde vestu√°rio at√© m√≥veis. Um desses produtos, o Sorona¬ģ¬†EP, √© um pl√°stico termo resistente atualmente empregado no Toyota Prius.

Toyota Prius Alpha

 

LanzaTech

Fundada em 2005 e com sede nos EUA, a LanzaTech emprega arqueobactérias que são capazes de transformar a poluição em produtos renováveis, como combustíveis, nylon e borracha.

LanzaTech

Gases poluentes ricos em carbono provenientes da ind√ļstria, como a sider√ļrgica, v√£o para um bioreator, onde os microrganismos fermentadores se encarregam de tranform√°-los em etanol e outras mol√©culas que s√£o utilizadas para produzir pl√°stico, fibras sint√©ticas e borracha. O etanol da LanzaTech n√£o depende de fontes de alimentos e terras ar√°veis, como o √°lcool obtido a partir do milho ou da cana-de-a√ß√ļcar. Com apenas 10 anos, a empresa j√° possui 85 patentes e outras 250 pendentes. A primeira f√°brica¬†em escala comercial come√ßa a operar ainda esse ano na China, e a companhia a√©rea Virgin Atlantic deve ser a primeira a voar com o combust√≠vel.

 

Sapphire Energy

Fundada em 2007, e com tr√™s plantas na Calif√≥rnia e Novo M√©xico, a Sapphire Energy √© a primeira e √ļnica empresa no mundo a utilizar algas para produzir petr√≥leo. Seu petr√≥leo renov√°vel recebeu o nome de¬†Green Crude,¬†e n√£o depende de √°gua pot√°vel nem de terras ar√°veis. As algas capturam di√≥xido de carbono durante processo, o que faz o¬†Green Crude¬†neutro em emiss√Ķes de CO2. Com investidores como Bill Gates, a fam√≠lia Rockfeller e a Monsanto, a empresa espera que ele seja competitivo com o petr√≥leo f√≥ssil j√° em 2018.

Sapphire

 

NatureWorks

Em m√©dia, cada pessoa no mundo ir√° consumir 45 kg de pl√°stico em 2015, e apenas uma parte disso ser√° reciclado. De olho neste mercado, a NatureWorks criou o Ingeo‚ĄĘ, um pl√°stico revolucion√°rio.

Bioserine

Sua f√°brica nos EUA utiliza o a√ß√ļcar proveniente de plantas e leveduras para produzir √°cido l√°tico, o respons√°vel por formar o pl√°stico PLA (√°cido polil√°tico).¬†Ele¬†√© capaz de substituir o PET e o PS, presentes em garrafas, talheres descart√°veis e eletr√īnicos. Ao contr√°rio do pl√°stico derivado do petr√≥leo, ele √© facilmente reciclado e gera 60% menos gases do efeito estufa.

 

Amyris

Criada em 2003 e com cerca de 400 funcion√°rios, a empresa americana emprega biologia sint√©tica para produzir produtos qu√≠micos renov√°veis utilizados em cosm√©ticos, fragr√Ęncias, combust√≠veis e medicamentos.

Com apoio da fundação Bill & Melinda Gates, a Amyris desenvolveu uma levedura capaz de criar um precursor da artemisinina, o medicamente utilizado no tratamento da malária, doença que mata todos os anos mais de meio milhão de pessoas. Em 2013, a empresa farmacêutica Sanofi iniciou a produção da artemisinina utilizando essa tecnologia.

No Rio de Janeiro e em S√£o Paulo, o combust√≠vel da empresa, o Diesel de Cana‚ĄĘ, √© utilizado diariamente por cerca de 400 √īnibus. Em 2014, a GOL fez o primeiro v√īo comercial com uma mistura contendo 10% de combust√≠vel renov√°vel.

amyris (2)

 

A Revista The Economist do mês passado apontou a biotecnologia como um dos campos que mais poderão contribuir para a evolução humana no futuro. Pelo jeito algumas empresas já saíram na frente.

 

 

Biotecnologia sem fronteiras: o monopólio da inovação está com seus dias contados

O baixo custo dos computadores, a lei de Moore ainda em vigor e o acesso √† internet democratizaram os meios de produ√ß√£o, distribui√ß√£o e educa√ß√£o. Hoje n√£o somos apenas consumidores passivos, mas tamb√©m produtores ativos. E na ci√™ncia, n√£o √© diferente. Vivemos a era ‚ÄúPro-Am‚ÄĚ, em que amadores dedicados, inovadores e conectados trabalham como profissionais, uma realidade na astronomia, na ci√™ncia da computa√ß√£o, e agora da biotecnologia. Basta um computador, conex√£o com a internet e um cart√£o de cr√©dito para encomendar DNA e testar algumas das mais novas t√©cnicas de clonagem e edi√ß√£o de genoma, at√© ent√£o s√≥ acess√≠vel a universidades e grandes empresas.

Em 1987, a luz de uma estrela, que explodiu h√° 168.000 anos chegou a Terra. Foi ent√£o que astron√īmos 1amadores junto com profissionais, confirmaram a teoria do que ocorre quando uma estrela explode, uma das maiores descobertas da astronomia do s√©culo XX. Hoje muito mais gente participa da ci√™ncia que at√© ent√£o dependia de equipamentos sofisticados e caros. Uma dessas tecnologias, foi disponibilizada por John Dobson, respons√°vel por criar um poderoso telesc√≥pio usando materias de segunda-m√£o. Dobson se recusou a lucrar com sua inven√ß√£o, a qual nunca patenteou. Essa democratiza√ß√£o chegou √† biologia com o movimento Do-it-yourself Biology (DIYbio) em 2008, em que profissionais e amadores desenvolvem projetos em laborat√≥rios comunit√°rios, constroem equipamentos por uma fra√ß√£o do pre√ßo e aproximam a comunidade da discuss√£o sobre organismos geneticamente modificados.

Em um desses laborat√≥rios comunit√°rios, o BioCurious, na Calif√≥rnia, s√£o desenvolvidos projetos que envolvem a recente ferramenta de edi√ß√£o de genoma CRISPR, uma bioimpressora capaz de ‚Äúimprimir‚ÄĚ c√©lulas de E. coli, e um projeto do iGEM para a produ√ß√£o de queijo ‚Äúvegan‚ÄĚ, com prote√≠nas do leite produzidas por leveduras, e n√£o vacas.

Sequenciamento e Síntese de DNA РPreço por base

Atualmente √© poss√≠vel comprar ou montar os pr√≥prios equipamentos, como o OpenPCR, um termociclador¬†usado para amplificar DNA, a centr√≠fuga OpenFuge¬†e¬†o rob√ī ¬†OpenTrons, que permite¬†automatizar seu trabalho de bancada. Em breve, o MiniION‚ĄĘ ser√° realidade, um sequenciador port√°til e descart√°vel que pode analisar sua amostra, seja ela de um microrganismo ou sangue, em qualquer lugar do mundo, sem precisar de milhares de dol√°res em equipamentos ou treinamento. Al√©m de aparelhos mais acess√≠veis, o pre√ßo de s√≠ntese por base de DNA (A, T, C, G) j√° custa apenas alguns centavos e tem caido ano ap√≥s ano. No futuro, nada impede que etapas custosas de um projeto sejam terceirizadas, ocupando a capacidade ociosa de laborat√≥rios ou serem realizadas por empresas prestadoras de servi√ßos, como j√° acontece com a s√≠ntese e o sequenciamento de DNA na China.

Projetos como esses v√£o reduzir o custo de se buscar o novo, trazendo solu√ß√Ķes acess√≠veis para a sa√ļde, alimenta√ß√£o e preserva√ß√£o do meio ambiente, quebrando o atual monop√≥lio da inova√ß√£o presente apenas nas grandes institui√ß√Ķes como empresas e universidades. Como em toda abertura democr√°tica, espera-se que muito mais gente se beneficie deste passo da ci√™ncia: a biotecnologia sem fronteiras.

 

Confira a iniciativa acontecendo¬†em S√Ęo Paulo –¬†http://synbiobrasil.org/st/diy/

 

Referências:

The Pro-Am¬†Revolution –¬†How enthusiasts are changing¬†our economy and society – Charles Leadbeater and¬†Paul Miller

Time for new DNA synthesis and sequencing cost curves – Rob Carlson

 

Produção em massa, o jeito chinês de fazer ciência

Depois de 35 anos de impressionante desenvolvimento, a China come√ßa a ser reconhecida n√£o apenas pela sua capacidade de produzir e exportar produtos de baixo custo mas tamb√©m com alta tecnologia. E n√£o s√£o apenas bens materiais que ela anda produzido em massa, mas agora o sequenciamento do DNA, por exemplo. √Č o que alguns j√° est√£o chamando de ‚ÄúBio-Google‚ÄĚ. Seguindo a filosofia, ‚Äúsequenciar tudo aquilo que se mexe‚ÄĚ, o Beijing Genomics Institute (BGI) possui 50% da capacidade de sequenciamento do mundo e j√° leu mais de 50.000 genomas nos √ļltimos anos.

O BGI fica localizado em uma antiga fábrica de sapatos em Shenzhen, o Vale do Silício chinês, BGI 2e participa de projetos que vão desde sequenciar uma bactéria até a busca por genes ligados à inteligência. Muitos dos estudos são conduzidos por pesquisadores de todas as partes do mundo, e o BGI oferece preços baixos e até de graça para aqueles que compartilham seus resultados.

Um desses projetos, chamado 3M, planeja sequenciar 3 milh√Ķes de genomas, sendo 1 milh√£o de plantas e animais, 1 milh√£o de humanos e 1 milh√£o de microrganismos. O Instituto participa de outras iniciativas como o controverso sequenciamento de 2000 pessoas com QI elevado para desvendar genes que influenciam na intelig√™ncia. H√° tamb√©m o sequenciamento de 10.000 pessoas com autismo, o de 2.000 pessoas obesas e o de 2.000 magras. Al√©m disso, tamb√©m possui uma parceria com a funda√ß√£o Bill e Melinda Gates para o desenvolvimento da agricultura e sa√ļde em pa√≠ses subdesenvolvidos. Trabalhando em projetos como esses, o BGI j√° colaborou em mais de mil publica√ß√Ķes em revistas de alto impacto como Nature, Science e Cell.

O Instituto está chamando a atenção do mundo pelo volume de dados que estão sendo produzidos. Segundo Lincoln Stein, pesquisador do Ontario Institute for Cancer Research, a questão agora não é mais o quão próximo estamos de um sequenciamento do genoma que custe U$1.000, mas sim, de uma análise do genoma a U$100.000. Outro desafio é o armazenamento de tudo isso, já que 6 terabytes de dados são produzidos por dia.

Zhang Yong, um dos pesquisador do BGI, acredita que na pr√≥xima d√©cada o Instituto ser√° capaz de organizar toda essa informa√ß√£o biol√≥gica em uma esp√©cie de ‚ÄúBio-Google‚ÄĚ.

BGI 1

Muitos achavam que o BGI estava apenas prestando um serviço, quando em 2013 ele adquiriu um fabricante de equipamentos e software para sequenciamento localizado na Califórnia, a Complete Genomics, e isso já está tirando o sono de muita gente. Agora a pesquisa pode se tornar ainda mais barata, já que equipamentos e reagentes representam grande parte do orçamento.

Enquanto isso no Brasil, a falta de planejamento de médio e longo prazo, a dificuldade em reter pessoas qualificadas, a ausência de uma cultura empreendedora que estimule a criação de empresas que sirvam de sustentação à pesquisa, nos deixa cada dia ainda mais distante dos centros de vanguarda. E isso apenas contribui para elevar nosso custo em P&D, além de nos tornar reféns de equipamentos e reagentes importados, notadamente agora com o dólar passando a barreira dos R$3,00. Talvez em breve nossas amostras sejam analisadas por um equipamento chinês em Los Angeles, Istambul, Shenzhen, ou então, numa facility chinesa ao lado da sua casa.

 

Mais um acidente a favor do pesquisador

Em 1986, o pesquisador Richard Jorgensen estava trabalhando com pet√ļnias quando aconteceu um acidente. Jorgensen desejava criar uma pet√ļnia roxa, por√©m muito mais roxa do que o normal. Para alterar a cor, ele procurou super-expressar a enzima chalcona-sintase (CHS) introduzindo um gene quim√©rico de CHS, uma enzima limitante da via respons√°vel pela colora√ß√£o das flores [1]. Mas a altera√ß√£o gen√©tica realizada teve um resultado totalmente inesperado e grande parte das p√©talas se tornaram brancas e n√£o roxo escuro como ele desejava.

O mist√©rio s√≥ foi desvendado em 1998 e conferiu o Pr√™mio Nobel a dois pesquisadores americanos, gerou especula√ß√Ķes sobre a cura de dezenas de doen√ßas e mais recentemente se tornou uma nova ferramenta para a biologia sint√©tica.¬†Andrew Fire e Craig Mello descobriram que Jorgensen havia esbarrado no que eles vieram a chamar de RNA de interfer√™ncia (RNAi), um mecanismo de silenciamento g√™nico.

O gatilho para o mecanismo de silenciamento gênico por RNAi ocorre quando um RNA de dupla fita (dsRNA) se forma. Ao ser identificado um dsRNA, a enzima Dicer corta o dsRNA em fragmentos menores que se ligam ao complexo protéico RISC (RNA-induced silencing complex). Em seguida, apenas uma das fitas de RNA permanece presa ao complexo, que serve para ir em busca de fitas de mRNA que sejam complementares [2]. Quando um mRNA complementar é detectado, ocorre o pareamento com o RNA preso ao complexo e ele é então clivado e degradado. Como o mRNA não pode ser traduzido, o gene tem sua expressão reduzida (Figura 1). O silenciamento é uma poderosa ferramenta que agora encontrou uma aplicação na biologia sintética, por meio da evolução dirigida.

O sonho da biologia sint√©tica de construir sistemas que funcionem de modo previs√≠vel e robusto frequentemente entra em conflito com a complexidade dos sistemas biol√≥gicos. Al√©m de sua complexidade, o comportamento dos microrganismos dependem de um contexto, o que tamb√©m dificulta o uso de partes padronizadas [3]. Logo, m√©todos de evolu√ß√£o dirigida possuem grande utilidade, j√° que em princ√≠pio dispensam informa√ß√Ķes detalhadas de estrutura, funcionalidade e de mecanismos de um sistema [4].

 

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Figura 1: Mecanismo do RNAi – Imagem retirada de: http://pt.wikipedia.org/wiki/RNA_interferente

 

 

Um dos primeiros experimentos sobre evolu√ß√£o realizado em laborat√≥rio foi feito por¬† William Dallinger, em 1880. Dallinger conseguiu que seus microrganismos que cresciam a 18¬ļC passassem a crescer a 70¬ļC, no entanto o experimento levou 7 anos e envolveu¬† aumentar a temperatura de sua incubadora gradualmente at√© que eles fossem capazes de sobreviver. Hoje existem diversos m√©todos de evolu√ß√£o dirigida e um pouco menos demorados, entre eles o RAGE ‚Äď RNAi assisted genome evolution.

RAGE √© um m√©todo utilizado em Saccharomyces cerevisiae e √© bastante √ļtil quando se deseja obter fen√≥tipos complexos. Fen√≥tipos complexos, como a toler√Ęncia ao √°cido ac√©tico, dependem da altera√ß√£o de m√ļltiplos genes e s√£o de grande interesse para a ind√ļstria na produ√ß√£o de combust√≠veis e outros compostos qu√≠micos. O uso dessa t√©cnica reduz a express√£o de genes (knockdown) em escala gen√īmica e possibilita identificar genes que at√© ent√£o n√£o se imaginava terem papel em determinadas fun√ß√Ķes.

Para que tais genes possam ser identificados, √© necess√°rio criar uma biblioteca de RNAi. A biblioteca √© criada fragmentando o DNA gen√īmico com uma enzima de restri√ß√£o e clonando os fragmentos em um plasm√≠deo com promotores convergentes, necess√°rio para que RNAs de fita dupla sejam formados. Como S. cerevisiae n√£o possui a via de RNAi, tamb√©m √© necess√°rio inseri-la [6].

Via inserida e biblioteca criada o processo de evolução pode começar. Quando o knockdown de um gene for promissor, tal gene pode ser integrado e novos ciclos de transformação e screening podem ser feitos repetidamente (Figura 2), até que seu objetivo seja alcançado, ou pelo menos, chegue próximo dele.

 

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Figura 2: Evolução dirigida pelo método RAGE РImagem retirada de: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/sb500074a

 

Em 2006, Fire e Melo ganharam o Pr√™mio Nobel em fisiologia ou medicina por desvendarem o fen√īmeno observado por Jorgensen. Muitas descobertas acidentais fazem parte da hist√≥ria da ci√™ncia, como a penicilina, o raio X e o microondas, por exemplo. O m√©todo de evolu√ß√£o dirigida utilizando RNAi pode tamb√©m em breve facilitar a vida de muitos pesquisadores que buscam aprimorar seus microrganismos.

 

 

Referências

  1. NAPOLI, C.; LEMIEUX C.; JORGENSEN R. lntroduction of a Chimeric Chalcone Synthase Gene into Petunia Results in Reversible Co-Suppression of Homologous Genes in trans. The Plant Cell, Vol. 2, p. 279-289.
  1. CLARK D. P. Molecular Biology. Vol. 2, chapter 11 (2010)
  1. DOUGHERTY, M. J.; ARNOLD, F. H. Directed evolution: new parts and optimized function. Current Opinion in Biotechnology, 2009, 20:1‚Äď6
  1. COBB, R. E; SUN,N.; ZHAO H. Directed evolution as a powerful synthetic biology tool. Methods (2012)
  1. SI, T.; LUOZ, Y.; BAO, Z.; ZHAO, H. RNAi-Assisted Genome Evolution in Saccharomyces cerevisiae for Complex Phenotype Engineering. ACS Synth. Biol. (2014)

 

 

Por que ATP!?

ResearchBlogging.org
A maioria das pessoas que sabe um pouquinho de bioqu√≠mica aprende que o ATP¬†√© a “moeda energ√©tica” da c√©lula. Maravilha. Mas aposto que se voc√™ perguntar o porqu√™ disso, a resposta-padr√£o vai ser: “√Č porque √© uma mol√©cula muito energ√©tica, presente em rea√ß√Ķes de cat√°lise e regula√ß√£o de diversas enzimas na c√©lula e bl√°-bl√°-bl√°…”. Lindo. Mas existem muitas mol√©culas muito energ√©ticas no universo, e argumentar que o ATP √© a “moeda energ√©tica” simplesmente porque as pessoas descobriram que na natureza ele est√° presente em v√°rias rea√ß√Ķes enzim√°ticas acaba sendo um jeito bastante sofisticado de dizer “porque sim, zequinha!”.

[youtube_sc url=”https://www.youtube.com/watch?v=8Wldlug58Kc”]

 

Como construir um regulador enzimático e transportador energético na célula!?

Seguindo o espírito de engenheirar o metabolismo, como poderíamos, conhecendo as características físico-químicas dos elementos e compostos químicos, construir algo que seja como o ATP: uma coisa que regule de maneira sistêmica as atividades enzimáticas da célula, armazene energia e que seja fácil de se armazenar e ao mesmo  de se usar!?

Bem, vamos pensar em energia como dinheiro: digamos que voc√™ seja rico, muito rico. Com muito dinheiro, a probabilidade de que voc√™ seja roubado √© bem maior. Para que voc√™ mantenha sua riqueza √© preciso que ela seja armazenada de um jeito “est√°vel” (doce ilus√£o, mas considere isso como verdade, ok?) e por isso voc√™ coloca o seu dinheiro no banco. Voc√™ precisa proteger seu dinheiro e ainda acess√°-lo facilmente – colocar tudo num ba√ļ e enterrar numa ilha desconhecida n√£o vai ajudar na funcionalidade do seu dinheiro.

O mesmo funciona para a nossa moeda energ√©tica: ela n√£o pode ser um composto cuja energia possa ser facilmente “roubada” por qualquer esp√©cie qu√≠mica, mas tamb√©m n√£o pode ser pouco reativa a ponto de n√£o conseguir regular a atividade enzim√°tica e a transmiss√£o energ√©tica. √Č preciso ter o controle desse “dinheiro” para gast√°-lo facilmente onde voc√™ precisa: na manuten√ß√£o da vida celular.

Ent√£o temos tr√™s coisas principais para a nossa mol√©cula-moeda-energ√©tica: ela precisa ser est√°vel o suficiente para que a energia n√£o se “esvaia” facilmente, n√£o t√£o est√°vel a ponto de ser dif√≠cil us√°-la e ainda reagir facilmente com prote√≠nas.

Candidatos

Sabemos experimentalmente que o fosfato do ATP é a molécula-moeda. Mas porque só ela? Será que não tem nenhuma outra molécula que poderia fazer isso? Não poderia existir nenhuma outra coisa (ou coisas) alternativa que pudesse substituir o ATP ou que possa estar fazendo a mesma coisa?

Para encontrar um substituto (ou equivalente) para o ATP é preciso explorar análogos estruturais e energéticos dessa molécula. Selecionei dois possíveis candidatos:

TriSulfonatosatp

Da mesma forma que o ATP √© um TriFosfato, porque ele n√£o poderia ser um trisulfonato? A estrutura √© bem similar e as energias das liga√ß√Ķes √©ter (a liga√ß√£o S – O – S) s√£o bem parecidas tamb√©m (veja). Al√©m disso, sabe-se que h√° res√≠duos de amino√°cidos que sofrem sulfoniza√ß√£o.

Arsênico

Do mesmo jeito que teorizam as diferentes maneiras da vida ter surgido no universo, porque n√£o arsenicopoder√≠amos ter um “ATP de Ars√™nico”!? O Ars√™nico fica logo abaixo do f√≥sforo na tabela peri√≥dica e por isso faz o mesmo n√ļmero de liga√ß√Ķes, al√©m de formar arsenato (e com isso diarsenatos e triarsenatos), de estrutura bem parecida com a do fosfato.

 

Que o melhor ganhe

As rea√ß√Ķes que o ATP faz s√£o rea√ß√Ķes de hidr√≥lise: um fosfato tem sua liga√ß√£o √©ter (O – P) quebrada resultando na fosforila√ß√£o de alguma coisa. Essa liga√ß√£o √© de alta energia (em termos bioqu√≠micos) e √© espont√Ęnea (delta G negativo). Rea√ß√Ķes n√£o termodinamicamente espont√Ęneas que passam por uma etapa de fosforila√ß√£o acabam se tornando espont√Ęneas na soma geral da energia livre, como por exemplo na fosforila√ß√£o da glicose:

fosforilação

(Imagem modificada da referência [6])

Apesar da rea√ß√£o de hidr√≥lise ser espont√Ęnea, a fosforila√ß√£o tem uma velocidade de rea√ß√£o suficientemente lenta para garantir a estabilidade que a “moeda energ√©tica” precisa para realizar rea√ß√Ķes √ļteis (n√£o que hidrolisar e simplesmente gerar calor seja de todo in√ļtil…).

Se eu conseguir mostrar que o arsenato ou o sulfonato são melhores em termos energéticos e cinéticos, um mundo novo de possibilidades bioquímicas se abrirá!

Pesquisei alguns dados na internet e montei a seguinte tabela:

Tabela

(Dados retirados das refs [1], [2], [3] e [4])

O qu√£o maior for a constante de hidr√≥lise (k) da rea√ß√£o, mais r√°pida ela ser√°. Com esses dados d√° para ver claramente que o fosfato √© um “banco energ√©tico” bem mais confi√°vel que os arsenato e o sulfato, sendo cerca de 100000 vezes mais est√°vel que estes dois √ļltimos – mantendo sua facilidade de “uso” energ√©tico com o delta G de hidr√≥lise negativo. O fosfato √©, al√©m disso, bem mais “rico” que os seus concorrentes.

O sulfato, apesar de ser um candidato tentador, √© bem mais dif√≠cil se “ser um ATP” como o¬† arsenato pode ser. N√£o consegui encontrar nenhuma mol√©cula como a proposta na imagem anterior, apenas dissulfonatos – e ainda n√£o ligados a uma adenosina! Mesmo que houvesse um “ATP de enxofre”, seria dif√≠cil que ele assumisse o papel de controle das atividades enzim√°ticas porque ele n√£o reage com res√≠duos de amino√°cidos t√£o bem como o arsenato e o fosfato.

O arsenato j√° ganhou espa√ßo na m√≠dia a algum tempo atr√°s com o suposto encontro de uma “vida baseada em ars√™nico” na terra. Existem de fato v√°rias enzimas que se ligam a arsenato e ele consegue substituir o fosfato em muitos casos, mas causando efeitos t√≥xicos na c√©lula ao competir com o fosfato para a fosforila√ß√£o de mol√©culas durante o catabolismo. Mesmo que houvesse um organismo em que a toxicidade fosse tolerada, a efici√™ncia do processo de “arseniza√ß√£o” seria p√≠fia: muitas mol√©culas apenas iriam hidrolisar espontaneamente de maneira “in√ļtil”, liberando calor – al√©m de tudo isso, eu nem preciso argumentar a quest√£o a abund√Ęncia do Ars√™nico no meio ambiente!

Não é porque sim!

Enfim, agora estou convencido do porqu√™ o ATP √© como √©: o f√≥sforo e as liga√ß√Ķes √©ter o fazem um composto √ļnico, com propriedades flex√≠veis e ideais para ser o transmissor de energia de compostos mais energ√©ticos do metabolismo at√© os menos energ√©ticos, fazendo rea√ß√Ķes termodinamicamente n√£o-espont√Ęneas acontecerem e regulando de maneira sist√™mica todo o conjunto de milhares de enzimas das c√©lulas que dependem da fosforila√ß√£o para alternarem entre seus estados ativos e inativos.

Portanto, da próxima vez que você não encontrar a resposta que queria, é melhor tentar construir o que você não entende Рafinal, qual seria melhor jeito de entender alguma coisa no final das contas!?

Referências

[1] Rosen, B., Ajees, A., & McDermott, T. (2011). Life and death with arsenic BioEssays, 33 (5), 350-357 DOI: 10.1002/bies.201100012

[2] Naiditch, Sam, and Don M. Yost. “The rate and mechanism of the hydrolysis of hydroxylamine disulfonate ion.”¬†Journal of the American Chemical Society63.8 (1941): 2123-2127.

[3] Bartell, Lawrence S., Lao-Sou Su, and Hsiukang Yow. “Lengths of phosphorus-oxygen and sulfur-oxygen bonds. Extended Hueckel molecular orbital examination of Cruickshank’s d. pi.-p. pi. picture.”¬†Inorganic Chemistry9.8 (1970): 1903-1912.

[4] Medzihradszky, K. F., et al. “O-sulfonation of serine and threonine Mass spectrometric detection and characterization of a new posttranslational modification in diverse proteins throughout the eukaryotes.”¬†Molecular & Cellular Proteomics¬†3.5 (2004): 429-440.

[5] Tabelas de Entalpias de Ligação

[6] Nelson, David L., Albert L. Lehninger, and Michael M. Cox. Lehninger principles of biochemistry. Macmillan, 2008.

CRISPR: nova e revolucionária técnica para edição de genoma


nature_genomeedit
Ter o genoma sequenciado por apenas 1000 dólares em breve será uma realidade. E não é somente ler o genoma que está se tornando cada vez mais acessível, descobertas recentes resultaram em uma nova ferramenta de edição de genoma que promete revolucionar a pesquisa médica e o tratamento de algumas doenças. Este mecanismo, chamado de CRISPR, é baseado num sistema de defesa contra vírus, uma espécie de sistema imunológico, encontrado em bactérias. E mais uma aprendemos algo interessante com estes seres unicelulares (discutimos num post anterior como bactérias podem ajudar a combater o cancer).

Editando o genoma para curar doenças

Tornar o tratamento de desordens gen√©ticas √© sem d√ļvida uma das mais excitantes possibilidades desta nova t√©cnica, principalmente disordens causadas por uma ou poucas muta√ß√Ķes, tais como doen√ßa de¬†Huntington. Para comprovar que isto pode ser feito, cientistas do MIT, em experimentos em camundongos, conseguiram curar em uma doen√ßa rara que ataca o f√≠gado e √© causado pela muta√ß√£o de apenas um par de base de DNA. Esta doen√ßa, que tamb√©m ocorre em humanos, afeta 1 em cada 100.000 pessoas e consiste na falha da quebra do amino√°cido tirosina que acumula e afeta o funcionamento do f√≠gado. Utilizando a t√©cnica de CRISPR os cientistas conseguiram corrigir o gene para 1 em cada 250 c√©lulas do figado (hepat√≥citos) dos camundongos. Depois de 30 dias estas c√©lulas proliferaram e substituiram parte das c√©lulas com o gene defeituoso chegando a um ter√ßo da popula√ß√£o total de c√©lulas, o que foi suficiente para curar a doen√ßa. Veja o artigo publicado na Nature.

Mecanismo básico das ferramentas de edição de genoma

crisprBasicamente, o mecanismo de edição de genoma consiste em um sistema para reconhecer o sítio onde haverá a mudança combinado a um mecanismo de corte do DNA (nucleases). Uma vez reconhecido o local de corte as nucleases agem fazendo um corte nas duas fitas do DNA. Uma vez cortado, mecanismos de reparação do genoma tendem a juntar as fitas novamente e neste processo um pedaço de DNA pode ser removido ou até mesmo trocado por outro pedaço de DNA.

As primeiras técnicas desenvolvidas, tanto Zinc finger nucleases quanto TALEN, utilizam proteínas para reconhecer o sítio de corte no genoma. Proteínas são pesadas e díficeis de projetar, diferentemente de RNA que pode ser facilmente sintetizado. E é aí que está a grande inovação da técnica de CRISPR, em utilizar pequenos pedaços de RNA para identificar o sítio de corte, o que torna a técnica simples e de baixo custo.

Recomendo os seguintes v√≠deos/anima√ß√Ķes para uma ilustra√ß√£o do mecanismo de edi√ß√£o de genomas. O primeiro video (em ingl√™s) fala um pouco sobre os mecanismos gerais destas t√©cnicas. O segundo v√≠deo (tamb√©m em ingl√™s) ilustra o mecanismo baseado na CRISPR.

Referência:

Cong, Le, et al. “Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems.”Science¬†339.6121 (2013): 819-823.

Hwang, Woong Y., et al. “Efficient genome editing in zebrafish using a CRISPR-Cas system.”¬†Nature biotechnology¬†31.3 (2013): 227-229.