Estratégias para tempos adversos.
Em tempos adversos é comum haver muitas mudanças e isto não acontece somente com os humanos que saem as ruas, fazem guerra ou revolução. Na natureza observamos inúmeras estratégias dos seres vivos para superar tempos difíceis, algumas bastante chocantes do ponto de vista humano, tais como infanticídio ou canibalismo. E no mundo microscópio não é diferente.
Se você pensa que as bactérias morrem pacíficas quando as condições não são favoráveis você está bastante enganado. Até mesmo para estes minúsculos seres unicelulares a vida pode ser complexa e cheias de decisões difíceis e estressantes a serem tomadas. Existem diversas estratégias para lidar com tempos difíceis, tais como escassez de alimentos e danos ao DNA. Uma das estratégias mais radicais e mais utilizadas quando a coisa está realmente feia é formar esporos, uma resposta celular bastante complexa que envolve a ativação de mais de 500 genes ao longo de aproximadamente 10 horas. Este processo termina com a morte da célula mãe e a formação de uma célula filha dormente com a capacidade de resistir a situações extremas como calor, radiação e presença de substancias químicas. Por outro lado, durante este tempo o esporo não pode tirar vantagem imediata de situações favoráveis para se reproduzir.
Esporulação é uma tomada de decisão bastante complexa e que não se inicia simplesmente com a escassez de alimentos, mas é resultado de uma série de passos que podem ser descritas como decisões celulares sobre como lidar com o stress presente. Envolve, por exemplo, uma comunicação entre as bactérias da mesma colonia por um mecanismo chamado de quorum sensing. Além disto, antes da esporulação, comumente as bactérias tentam outras táticas como ativar um flagelo para buscar alimentos, secretar antibióticos e outras substancias na tentativa de destruir outros micróbios competidores. As células também checam uma série de condições internas antes de decidir esporular tais como a integridade do DNA cromossomal.
Mesmo quando a maior parte da colonia decide por esporular, o material gerado pela lise da membranas das células que esporularam são aproveitados por outras células da colonia que, no caminho para esporular, entram no estado chamado de competência, que consiste em abrir poros na membrana para facilitar a entrada de DNA exógeno, que pode ser utilizado para reparo do DNA e eventualmente como fonte de informação genética que as ajudará a resistir ao momento. Há ainda um outro caminho mais radical tomado por algumas células da colônia que consiste em secretar alguns fatores antibacterianos que faz com que células irmãs fiquem incapazes de esporular, causando inclusive a lise de sua membrana, em uma espécie de canibalismo. Interessante notar que, sobre a perspectiva de teoria de jogos, a estratégia de canibalismo seria predominante sobre a estratégia de entrar em competência, o que não é observado. Isto indica que possivelmente as células em competência são imunes ao canibalismo, mas não sabemos ainda se é este o caso.
Modelos teóricos/moleculares para este tipo de tomada de decisões normalmente consistem na integração de módulos gênicos formados principalmente por circuitos regulados por diversos fatores de transcrição e micro RNAs. Estes tipos de sistemas gênicos também desempenham um papel importante no desenvolvimento embrionário e de células cancerígenas, motivo pelo qual tem se dado muita atenção a este tipo de estudo.
Referencias:
Minas Gerais no iGEM!
Em 2012, dos 16 times da América Latina no iGEM, 6 eram do México. Achamos fascinante o fato deles terem feito um jamboree mexicano e sabiamos que o Brasil também tem estrutura para fazer algo semelhante. Finalmente, este ano temos pela primeira vez mais de um time na competição. Somos 3 times brasileiros, dos quais já falamos dos projetos do time da USP e da UFAM. Resta agora conhecer um pouco do terceiro time que representará o nosso país na competição competição que é da UFMG.
Escrito por Marianna Kunrath Lima e Clara Guerra Duarte
Como tudo começou
Este será o primeiro ano em que uma equipe da UFMG irá participar do iGEM. A ideia de formar uma equipe veio do aluno de medicina Lucas Ribeiro. Ao ler e se interessar pelo evento, ele começou a procurar professores da UFMG que possuíam o perfil/currículo condizente com biologia sintética, que é a base do iGEM. Encontrou a Dr Liza Felicori, professora do Departamento de Bioquímica e Imunologia do ICB-UFMG, que possui experiência na área. E assim começaram os esforços para montar uma equipe da UFMG.
Em janeiro de 2013, foi feita uma palestra para os alunos de graduação e pós graduação interessados na competição. Foram selecionados 2 alunos da graduação de Ciências Biológicas, 1 aluno da graduação de Biomedicina, 1 aluno da graduação de Medicina, 1 aluno da graduação de Ciências da Computação, 1 aluna do Mestrado em Bioquímica e Imunologia, 1 aluno do Mestrado em Bioinformática, 1 aluno do Mestrado em Ciência da Computação, 1 pós-doutoranda em Bioinformática e 1 pós-doutoranda em Bioquímica e Imunologia. Também fazem parte da equipe as professoras Liza Felicori e Santuza Ribeiro, da Bioquímica e Imunologia, além do professor Omar Paranaíba, da Ciência da Computação.
Logo que a equipe foi escolhida, iniciaram-se as reuniões, todas as terças-feiras, às 14 horas. Como o grupo é bem eclético, foram necessárias reuniões introdutórias, sobre assuntos básicos de cada área, para familiarizar os integrantes sobre temas que não dominavam. Além disso, várias apresentações sobre projetos e equipes que participaram de iGEMs anteriores foram feitas, para entendermos bem a competição e termos ideias para o nosso projeto. Como somos pioneiros na universidade, tivemos alguma dificuldade. Após dois meses de reuniões, brainstorms e depois de muito quebrar a cabeça, conseguimos fechar uma ideia preliminar.
Projeto
Decidimos desenvolver um projeto que levasse à detecção de marcadores biológicos prognósticos de síndrome coronariana aguda. Problemas coronarianos têm se tornado cada vez mais frequentes na população, devido aos hábitos sedentários e à má alimentação. Doenças cardiovasculares levam a perdas econômicas, além do evidente prejuízo à saúde que culmina com a perda de vidas. Existem vários testes diagnósticos para estas enfermidades que utilizam biomarcadores, mas estes testes apenas confirmam a doença após a ocorrência de um evento drástico, como infarto ou angina, não sendo capazes de prevê-los. Assim, dada a importância do desenvolvimento de ferramentas capazes de realizar o prognóstico de doenças cardíacas, nosso projeto baseia-se na ideia de detectar biomarcadores existentes no sangue de pacientes, sendo que estes marcadores permitem a constatação prévia da doença, anteriormente a qualquer manifestação da mesma. Para realizar esta detecção, serão utilizadas bactérias Escherichia coli transformadas com plasmídeos que possuam biobricks capazes de “sentir” as entradas (biomarcadores) e biobricks capazes de gerar saídas (fluorescência) para estas entradas. Será utilizada a integração dos sinais gerados por mais de um biomarcador, a fim de aumentar a acurácia do teste. O logo e o nome do projeto (Cardbio) já foram escolhidos.
Para testarmos a aceitação dessa ideia, bem como para recebermos críticas e sugestões, apresentamos um seminário na Pós Graduação em Bioquímica e Imunologia. Esse seminário foi de grande valia para a equipe, ele serviu não apenas para os propósitos citados acima, como também para unir os integrantes, que tiveram que se esforçar para criar uma boa apresentação e para embasar o projeto.
Desde então, vários progressos foram feitos. As modelagens computacionais já estão em andamento, os biobricks estão sendo desenhados, ganhamos uma nova integrante da graduação em Design Gráfico, estamos desenvolvendo meios de conseguir patrocínio e estamos correndo atrás do tempo, uma vez que nossa equipe começou um pouquinho atrasada em relação às demais equipes do iGEM. Temos uma página no Facebook e um blog em construção. Gostaríamos de convidar todos os leitores da SynbioBrasil e todos os iGEMers a contribuírem para o crescimento do nosso projeto, além de agradecermos à equipe da USP pela oportunidade de divulgarmos nossas ideias.
Sequenciamento em Marte
Tem gente que jura já ter visto discos voadores e até ter entrado em contato com extraterrestres. Verdade ou não, esse é um assunto que desperta curiosidade em muitos e medo em tantos outros. Ao contrário do imaginário popular, é provável que os seres extraterrestres já tenham chegado na Terra há 4 bilhões de anos e que nós evoluimos a partir deles. É isso o que sugere uma teoria conhecida como panspermia.
Talvez não seja mais necessário esperar por alienígenas visitarem nosso planeta ou uma longa discussão sobre a veracidade dos organismos fossilizados encontrados em meteoritos para confirmar a existência de ETs. Em breve teremos acesso ao código genético de organismos marcianos, de acordo com a proposta de dois cientistas, Craig Venter e Jonathan Rothberg. Ambos estão em uma corrida, embora não declarada oficialmente, para sequenciar o DNA de possíveis formas de vida que existam ou existiram em Marte. Por isso, eles querem uma carona até o planeta vermelho para sequenciar possíveis formas de vida que possam encontrar por lá.
A carona não é para eles, mas para o sequenciador que pretendem enviar. Venter está confiante que
encontrará formas de vida que contenham DNA em Marte, como afirmou em uma conferência da Wired Health no ano passado, em Nova York. Sua equipe está desenvolvendo e testando o que ele chama de “teletransporte biológico”. Um robô que será enviado para Marte capaz sequenciar o DNA encontrado no local, mesmo que seja de uma única célula, e transmitir a sequência do organismo extraterrestre para um computador aqui na Terra. De acordo com ele, testes já estão sendo feitos no deserto de Mojave, onde cientistas simulam as condições de exploração do espaço. Com o DNA digitalizado será possível sintetizá-lo, injetá-lo em uma célula universal receptora e dar vida a um ET. A entrevista completa sobre esse assunto pode ser assistida aqui (11:00).
Correndo em outra frente está Jonathan Rothberg, fundador da Ion Torrent, em um projeto financiado pela NASA chamado SET-G (The Search for Extra-terrestrial Genomes) também pretende sequenciar DNA no planeta vermelho. Para isso será necessário reduzir o tamanho de seu sequenciador de grande sucesso, o Ion Personal Genome Machine, de trinta para apenas três quilos, viabilizando a viagem de milhões de quilômetros.
Mas por que não trazer uma amostra de Marte? Tessi Kanavarioti, químico envolvido no estudo de pedras que vieram da lua na década de 70, garante: “Devido a possibilidade de contaminação, ninguém iria acreditar em você”. Foi o que aconteceu em 1971, quando astronautas da Apollo 12 trouxeram uma câmera de TV que ficou três anos na lua. Nela foi encontrada uma única bactéria Streptococcus mitis. Muitos disseram se tratar de uma contaminação, embora fosse apenas uma única bactéria. O micro-organismo estava dormente e ganhou vida novamente na Terra. Além da contaminação, o sequenciamento em Marte reduziria o tempo para obter essa amostra, caso ela fosse enviada para ser analisada por aqui.
Mas este é um projeto de alto risco. As moléculas de DNA possuem uma meia-vida de 521 anos (tempo que leva para metade das ligações fosfodiéster se romperem), portanto temos que acreditar que exista vida agora em Marte, ou organismos mortos há menos de 1,5 milhões de anos, caso contrário os fragmentos encontrados seriam muito pequenos e não trariam informações úteis. Além disso, nada garante que as formas de vida que possam existir por lá tenham os mesmos componentes do nosso DNA.
O espaço parece um local improvável de abrigar formas de vida como conhecemos, seja por conta da baixa temperatura, pouco oxigênio ou elevada radiação. Mesmo sem foguetes podemos encontrar organismos que vivem em condições que não consideramos favoráveis. Esses organismos são os extremófilos, ou seja, eles adoram condições extremas de pH, salinidade, temperatura ou radiação. Um caso interessante é a bactéria Deinococcus radiodurans, encontrada vivendo dentro de reatores nucleares. É provável que esses sejam os tipos de organismos que possamos encontrar em outros planetas.
Além de micro-organismos que conseguem sobreviver em condições que consideramos extremas, novas
evidências obtidas pelo robô Curiosity da NASA sugerem que o planeta já foi habitável. A análise de uma rocha sedimentar mostrou a presença de enxofre, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo e carbono, o que aumenta as chances de um possível sequenciamento dar certo.
Caso seja encontrado DNA, teremos mais evidências para sustentar a hipótese de que a vida não teve origem aqui na Terra e que ela pode ter evoluído de forma diferente em outros planetas. Uma próxima viagem para Marte está planejada pela NASA para 2018, mas nem Venter nem Rothberg tem lugar garantido ainda. O que torna a corrida ainda mais emocionante.
Referências:
- The Biological Big Bang: Panspermia and Origins of Life. Edited by Chandra Wickramasinghe, Ph.D.
- http://www.nature.com/news/dna-has-a-521-year-half-life-1.11555
- http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2013-092
- http://www.technologyreview.com/news/429662/genome-hunters-go-after-martian-dna/
Manaus no iGEM
A história do Brasil do iGEM começou em 2009 com a Unicamp, que também nos representou em 2011. Ano passado foi a vez do nosso time, da USP em parceria com a Unesp. Neste ano, ficamos muito felizes de saber que teremos mais times brasileiros na competição. Até o momento estão inscritos 3 times que representarão nosso país na competição!! E um deles é o time Manaus_Amazonas-Brazil.
Neste post vamos contar um pouco sobre o time do Amazonas e seu projeto. Diferentemente do time da USP, cuja iniciativa começou por parte dos estudantes, o time de Manaus começou por iniciativa do professor Carlos Nunes. Ano passado nosso time teve o prazer de conhecer o professor Carlos que acompanhou a competição para este ano montar um time na sua universidade.
Segue abaixo um pouco do time e de seu projeto, contado pelos próprios alunos integrantes:
Como tudo começou
No final do ano de 2012, graças ao incentivo do professor Carlos Nunes, começamos a nos interessar pelo iGEM e a nos reunir. No início, muitos não tinham ideia de como fazer funcionar a dinâmica do grupo, muito menos como formar um, além de qual projeto iríamos propor.
Após pesquisar e estudar os projetos das equipes anteriores e ter uma melhor noção sobre a competição, começamos a colocar nossa criatividade para funcionar e elaborar ideias/projetos bem distintos. Não foram poucas as inspirações e chegamos a algumas propostas: a bactéria armadilha para o HIV (“Colitrap”), a detectora de Incêndio (“Firebacter”), a jogadora de Pacman (“Pac-Coli”), a indicadora de temperatura (“TermoColi”), a espartana (“MagnetoColi”) e a escolhida, bactéria produtora de energia elétrica (“Electrobacter”).
O projeto
O foco principal da Electrobacter é degradar gorduras de óleos de fritura residuais amplamente utilizados e descartados por redes de restaurantes para a geração de energia elétrica, pois os mesmos, quando são descartados inadequadamente, apresentam-se como um agente poluidor ao ambiente e o tratamento para eliminar esses poluentes requer o uso de produtos químicos tóxicos, além de o processo ser oneroso e pouco efetivo.
Apesar de já existirem alternativas para o aproveitamento dos óleos de fritura como a produção de sabão, o direcionamento de gorduras para geração de energia trará uma nova opção de bioenergia por meio da biorremediação.
A bactéria Shewanella amazonensis que pretendemos utilizar é capaz de fazer o transporte de elétrons dispostos no meio, gerando eletricidade. A proposta é melhorá-la geneticamente para degradar estes óleos através da β-oxidação (reação bioquímica de quebra de gorduras), potencializando a produção de elétrons. O gênero Shewanella é um grupo de bactérias que foram descobertas recentemente e os estudos sobre ela ainda são escassos, principalmente na área da biologia molecular, porém seu potencial não só pela possibilidade de geração de energia, quanto pela sua habilidade de captar metais dispostos no meio. Entre as possibilidades de como modifica-la, optamos por dois caminhos: modificar o repressor ou o promotor dessa via metabólica. Tanto de uma forma quanto da outra, a β-oxidação será possível mesmo com a presença mínima de glicose no meio, porém os efeitos dessa intervenção genética deverão ser estudados de perto para que não tenhamos que sempre deixá-la em condições de estresse.
Com esse o projeto de caráter ambiental e ecológico, estamos empolgados, determinados a participar do iGEM e ser o primeiro time a representar o estado do Amazonas.
As dificuldades
Infelizmente, não só de determinação e força de vontade vive um time do iGEM. Uma das principais dificuldades é pagar a inscrição do time na competição que custa em torno de 3 mil dólares, que paga não somente a inscrição como o envio das partes biologicas necessárias ao projeto e custos do evento. A universidade, bem como agências de fomento de pesquisa, não tem programas de apoio para uma competição como o iGEM. Ano passado, contamos com a colaboração de mais de 40 pessoas do mundo todo que nos apoiaram através do chamado crowdfunding.
Se você ficou triste pois perdeu a oportunidade de apoiar um time brasileiro a fazer ciência de uma forma inovadora e divertida, o time de Manaus está precisando de apoio e você pode colaborar por aqui.
Para saber mais sobre o grupo:
Brincando de Comparar Códons
Sou daquelas pessoas que simplesmente não conseguem dormir direito com um mistério. Essa é uma obsessão que provavelmente muitos cientisas (e “wannabe scientists”, como eu) têm. Às vezes ficamos obcecados com uma coisa muito importante, às vezes com uma coisa banal e muitas vezes com algo que você nunca parou para pensar direito. O mais emocionante é que qualquer resposta de uma dúvida tem aquela probabilidade mágica de revelar algo impressionante ou bem útil. Hoje (dia dessa postagem), fiquei obcecado por tentar entender “na prática” qual é a grande ideia da otimização de códons e o quanto os organismos podem ter preferências de códons diferentes. Aqui está o registro da investigação do pequeno mistério de hoje!
Códons, Otimizações e Preferências
Antes de discorrer sobre o que andei brincando. Uma pequena contextualização ao intrépido viajante sobre o que são códons, porque eles precisam ser otimizados e o que diabos é essa “preferência de códons”.
Códons são os trios de combinações de letrinhas A,T,C e G do DNA (os nucleotídeos) que, depois de transcritos a RNA (em que a grande diferença é que os “T’s” são substituídos por “U’s”), são literalmente traduzidos em aminoácidos; ou seja: três nucleotídeos codificam um aminoácido. A grande coisa dos códons é que eles são redundantes: existe mais de uma maneira de um aminoácido específico ser traduzido à partir dos trios de nucleotídeos. Os cientistas fizeram uma tabela espertinha que “decodifica” nucleotídeos em aminoácidos:
Comece lendo do centro até às bordas do círculo combinando as letras que você for olhando pelo caminho. Por exemplo: U+A+C = Tyr, abreviação de Tirosina.
Mas aí você se pergunta: “Querida Natureza, qual é o propósito disso!?”. A redundância da leitura de aminoácidos tem uma implicação muito importante na conservação do código genético; ela é a última barreira espertinha da contra mutações no DNA. Imagine que o “C” do códon UAC que traduz uma Tirosina fosse mutado e virasse um “U” (dando UAU): graças à redundância de tradução, o aminoácido Tirosina ainda continua sendo traduzido! Pra se ter uma ideia de como isso é importante, uma única substituição de aminoácidos (o que pode acontecer com uma única mutação de nucleotídeos) já pode gerar doenças (pesquise sobre Anemia Falciforme).
Enfim, concluindo: existem muitos códons que podem ser traduzidos em diferentes tipos de aminoácidos. Como existem muitas opções, diferentes organismos costumam a ter preferências por diferentes códons para traduzir aminoácidos específicos – por exemplo: nós Humanos adoramos traduzir Arginina como AGA e AGG, já uma das bactérias do nosso cocô, a E.coli, acha muito mais interessante traduzir Arginina como CGU e CGC. Vai entender esses procariotos viu!
Mas porque isso acontece? Porque evolutivamente cada espécie foi selecionada em um ambiente particular, o que implica em diferentes necessidades de estabilidade do DNA em diferentes contextos, e portanto diferentes porcentagens de C e G, e A e T no genoma. Essas porcentagens direcionam quais códons os organismos preferem.
Por causa de tudo isso, quando algum cientista vai fazer o design de um pedaço de DNA, é preciso colocar a sequência no contexto do organismo a ser utilizado, deixando os códons “otimizados” para cada ser vivo – caso contrário, os genes inseridos no organismo serão pouco ou nada expressos.
Investigando leveduras
Mais profundamente, resolvi brincar dessas coisas querendo responder uma pergunta: “O quão compatível os códigos genéticos de duas espécies de leveduras podem ser?”. No caso, Pichia pastoris e Saccharomyces cerevisiae.
Primeiramente eu entrei no “Codon Usage Database“. Procurando por Pichia e Saccharomyces, o site dá uma tabela com a frequência de se encontrar determinado códon a cada mil pares de base. Eu peguei os resultados e coloquei num site chamado “Text Diff” – ele compara dois textos e mostra as diferenças e igualdades entre os dois. Com a comparação, dei print screen e destaquei as frequências mais discrepantes entre as duas espécies de levedura, obtendo o seguinte diagrama:
Texto em vermelho: Pichia. Texto em Verde: Saccharomyces. Laranja – diferença de 4 a 5; Rosa – diferença de 6 a 9; Amarelo – diferença acima de 10; Códons circulados – frequências iguais.
Fui atrás de cada códon, procurando o que codifica. Cheguei na seguinte tabela:
Eu chamei de “eficiência de códons” o quão os códons de Pichia funcionam em Saccharomyces, tomando como “códons incompatíveis” aqueles com diferença de no mínimo 4 entre as frequências de códon em cada espécie (a marcação em amarelo na imagem de comparação das frequências) – também estou tomando como hipótese que há uma relação direta entre frequência de códon e a preferência do mesmo por determinada espécie. Cheguei nesses valores através da porcentagem do número de códons “compatíveis” (totais – incompatíveis). De 20 aminoácidos possíveis, apenas 7 seriam seus códons prontamente compatíveis.
Ambas as espécies são leveduras, e por isso eu esperava uma maior compatibilidade natural. O problema é que eu não tenho um controle para saber se a usagem de códons de cada levedura é realmente discrepante. Por isso, fiz a mesma comparação entre Pichia e E.coli. Como esses organismos são bem mais diferentes (um é eucarioto e outro procarioto), esperei uma diferença bem maior. (veja imagem abaixo)
Texto em vermelho: Pichia. Texto em Verde: E.coli. Laranja – diferença de 4 a 5; Rosa – diferença de 6 a 9; Amarelo – diferença acima de 10; Códons circulados – frequências iguais.
Legenda: Laranja – diferença de 4 a 5; Rosa – diferença de 6 a 9; Amarelo – diferença acima de 10; Códons circulados – frequências iguais.
Como esperado, dá pra ver claramente o quanto E.coli e Pichia são diferentes em comparação com Pichia e Sccharomyces. Nesse panorama, eu diria em Pichia e Saccharomyces são bem parecidas. Quanto mais comparações forem feitas mais certeza se terá do quão um organismo se parece com outro.
Otimização de Códons
Apesar de eu não ter certeza da relação direta entre frequência e preferência de códon, consegui observar coisas muito interessantes: a única inviabilidade de tradução correta entre Pichia e Saccharomyces de aminoácido é o Glutamato, em que as frequências de todas as possibilidades de códons não entram na minha classificação de “códons compatíveis” (diferença de frequência menor que 3). O resto dos códons podem ser compatibilizados entre espécies usando-se versões alternativas de códon para um mesmo aminoácio! 🙂
Quando se otimizam códons para deixar um plasmídeo compatível em diferentes plataformas, faz-se exatamente isso. O problema é que mesmo assim a expressão ainda não é ótima, então em geral prefere-se “sacrificar” a compatibilidade do plasmídeo em diferentes espécies para se ter um plasmídeo com os melhores códons em cada bichinho.
Existem vários programas que fazer essa otimização de códons rapidamente, mas em geral as empresas que sintetizam DNA já incluem isso (de graça ou não) no planejamento do plasmídeo a ser sintetizado.
Conclusão
Por fim, a conclusão que tirei disso tudo é: eu ACHO que um gene de Pichia funcionaria suficientemente bem em Saccharomyes e vice-versa. No caso de não conseguirmos sintetizar os genes que precisamos já códon-atimizados, talvez valha a pena fazer uma mistureba de DNA interespécies – mas só para as leveduras!
Experiência em Biologia Sintética – Monique Gasparoto
Entrevista feita por Mira Melke.
A Biologia Sintética é extremamente motivadora. Para provar isso e para mostrar o quão importante e distinta pode ser uma experiência em Biologia Sintética acima do equador convidei uma amiga, companheira dos tempo de Biomol (Ciências Físicas e Biomoleculares) para escrever um pouquinho para a gente.
Quem fala agora é a Monique:
Biologia sintética: impossível não se apaixonar!
Minha história com a Biologia Sintética começou como toda história de amor, umas paquerinhas para cá, um google search para lá, mas nada muito sério. A primeira vez que ouvi falar da área foi em 2009, quando nem havia descrições em português. O amor adormeceu enquanto eu me desdobrava para ser aprovada em todas as disciplinas do curso de Ciências Físicas e Biomoleculares da USP de São Carlos, do qual atualmente sou aluna do último ano. Envolvi-me em outra área de pesquisa, o mundo continuou a andar, mas quando eu menos esperava fui me reencontrar com minha paixonite dos tempos de caloura.
Como bolsista do programa Ciências sem Fronteiras, passei um ano na Boston University e além da incrível experiência de intercâmbio, tive a oportunidade de trabalhar no laboratório do professor Doug Densmore (CIDAR) e fazer parte do time do iGEM da Boston University. Eu não poderia sonhar em um lugar mais incrível para me aproximar da Synbio: estar em Boston onde as primeiras bases da área foram lançadas, fazer pesquisa em um laboratório exclusivamente de Biologia Sintética – em que todo mundo tem o site do Registry nos favoritos(!), assistir a palestras e seminários dos pesquisadores referência da área, como o Jim Collins, com quem dividíamos espaço de laboratório , visitar o Headquarters do iGEM e muitos outros aspectos me fizeram ter a certeza de que a Synbio veio para ficar não só na minha vida, mas certamente na de todos os que a conhecem.
O projeto que desenvolvemos para a competição trabalhava os três pilares do iGEM: construção, caracterização e compartilhamento das informações do Registry. Para isso introduzimos na competição o método de Clonagem Modular (MoClo) descrita por Weber et al, propusemos um protocolo de caracterização padrão para circuitos com proteínas fluorescentes usando citometria de fluxo e esboçamos uma página comum a ser usada no Registry em que as informação sobre as partes poderiam ser geradas automaticamente a partir do Clotho, uma plataforma para Biologia Sintética desenvolvida pelo meu orientador, Doug Densmore. Mais detalhes vocês podem conferir na nossa Wiki.
Foi um período de aprendizado intenso, porque era a primeira vez que o Densmore Lab apoiava um time de WetLab, a tradição dos anos anteriores era o time de software. Éramos dois alunos de graduação orientados por três alunos de doutorado e uma pós-doc, e nunca imaginei participar de um ambiente tão colaborativo e estimulante. É claro que parte disso é devido à excelente estrutura do laboratório e às facilidades dos meios de pesquisa, quem não ficaria feliz e contente com sequenciamentos de DNA que ficam prontos no mesmo dia e enzimas que chegam ao laboratório em no máximo 48h após a encomenda!? Mas o diferencial dessa experiência veio da oportunidade de vivenciar um ambiente de apaixonados por Biologia Sintética e perceber como eles desenvolvem suas pesquisas: com muita competência, muito estudo e muita motivação!
O que mais me cativa nessa área da ciência que agrega à biologia molecular conceitos e ferramentas da engenharia é que tão importante quanto o conhecimento técnico, é a inovação e a criatividade. Características que eu pude testemunhar de perto em todos aqueles que participaram do iGEM, e que ficaram ainda mais nítidas quando na fase final da competição em Boston, times do mundo inteiro, desde do Leste Asiático até a América do Sul se reuniram para sonhar, discutir e compartilhar suas propostas para tornar o mundo melhor, “one part at a time”.
Talvez não haja outro grupo de (malucos) cientistas que acredite tanto que seus projetos e conhecimentos podem mudar o mundo. Aí está o brilho da Synbio, que uniu pesquisadores de fronteira que não queriam mais ficar confinados às suas especialidades, mas decidiram sair de sua zona de conforto e ousar e empreender em grupos multidisciplinares. A ousadia desses biólogos sintéticos é tão grande que são capazes de investir cifrões de patrocínio e meses de trabalho em uma competição em que o grande prêmio, aos olhos dos mais céticos, é somente um BioBrick gigante. É como dizem por aí, a biologia sintética tem razões que a própria razão desconhece.
Especulações e Biologia Sintética
Minha vontade de discutir e aprender biologia, especialmente tudo aquilo que envolve a palavra DNA já me acompanha antes mesmo de entrar na faculdade. A solução que encontrei para suprir essa vontade e viagens por esse mundo, até então feitas apenas acompanhado de meu computador foi prestar uma prova de seleção para dar aulas de biologia no cursinho da UNESP.
Comecei dar aulas em 2012 e o melhor, da matéria que mais gosto, citologia e genética, afinal, eu queria falar de células, DNA, Mendel e não sobre insetos que possuem três pares de patas e um de antenas.
Certo dia, véspera de feriado e com chuva, resolvi passar um filme para discussão. O filme escolhido foi GATTACA. Ao final do filme, um aluno com os olhos arregalados que aparentavam demostrar grande interesse pelo assunto, levanta a mão e pergunta: “Esse tipo de previsão é possível?”
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GATTACA trata-se de um filme hollywodiano de ficção científica, infelizmente não poderemos prever a expectativa de uma pessoa ao nascer, mesmo uma década após a conclusão do Projeto Genoma. Hoje sabemos que os organismos dependem de dois tipos de informação, uma delas é o código genético e a outra são estímulos recebidos do meio ambiente em que vivem, sobre o qual não podemos fazer previsões.
O Projeto Genoma Humano, considerado por muitos a bola de cristal do futuro, foi cercado de promessas e esperanças da mídia e de Wall Street para o lançamento de medicamentos personalizados e previsões sobre riscos de doenças como Alzheimer e cânceres. Tal projeto prometia revolucionar a medicina, ao estilo do filme de ficção científica.
Pouco mais de dez anos já se passaram desde sua conclusão, uma batalha inciada em 1990 travada entre a iniciativa pública e a privada, que chegou ao fim depois de três bilhões de pares de bases sequenciadas e três bilhões de dólares gastos, além de uma briga entre o famoso James Watson e Craig Venter, marinheiro nas horas vagas. Para Nicholas Wade do NYT, o projeto falhou e não trouxe os benefícios tão esperados.
Embora as promessas aguardadas por muitos não chegaram, ele trouxe avanços significativos para a área da biologia. O Projeto Genoma Humano foi um projeto interdisciplinar, contando com a participação de cientistas de diversas áreas como computação, matemática, biologia entre outras, além da colaboração de laboratórios ao redor do mundo, inclusive do Brasil. Ele contribuiu significativamente para o avanço na área de biocomputação e nas técnicas de sequenciamento de DNA, além de permitir a democratização da informação por meio do acesso gratuito ao sequenciamento humano e de diversos outros seres vivos. Genes agora não precisam mais ser estudados de forma individual, hoje dispomos de uma extensa lista de partes biológicas que tem permitido o avanço na área de biologia de sistemas, que promete revolucionar o modo de tratar doenças e o sistema de saúde conhecido atualmente.
Tal fato nos faz refletir sobre as promessas em torno da área de biologia sintética, a qual acredita-se ser capaz de solucionar muitos de nossos problemas atuais como o elevado preço do petróleo, desastres ambientais e uma população cada vez maior para se alimentar. Ao invés de manipular alguns genes de cada vez, como se tem feito a mais de três décadas, graças a descoberta das enzimas de restrição, o campo da biologia sintética vai além e tem como objetivo recodificar e redesenhar circuitos genéticos. Parece não haver limites do que podemos fazer, no entanto tais circuitos não se comportam como circuitos eletrônicos. Sistemas assim costumam ter muita interferência e comportamento imprevisivel, além de estarem sujeitos a mutações. Segundo o cientista Christopher Voigt, “A célula é uma espécie de burrito, tudo dentro dela está misturado” e sujeito a uma variedade de reações bioquímicas, tal complexidade tem limitado o tamanho dos circuitos criados. Drew Endy, um dos pioneiros do ramo, acredita que a biologia sintética só atingirá seu potencial quando os cientistas forem capaz de prever com exatidão como um circuito genético se comportará dentro de uma célula. Para isso tem-se aplicado estratégias de engenharia, como a padronização, dissociação e a abstração.
Promessas da Biologia Sintética
Outro problema enfrentado é a caracterização das partes biológicas. Embora o Registry of Standard Biological Parts possua mais de cinco mil partes disponíveis, menos da metade tem seu funcionamento confirmado. Caracterizar algumas partes biológicas pode levar anos e não gerar dados para uma publicação. Na cultura do “publique ou pereça”, o que temos é uma grande quantidade de trabalhos, porém com poucos dados reproduzíveis e úteis.
Embora o custo de sintese e sequenciamento tenham caido de forma significativa facilitando o avanço da área, não podemos negar que ainda há muitas pedras no caminho. Nosso conhecimento ainda é limitado mesmo para compreender por completo o comportamento de organismos mais simples como bactérias e fungos unicelulares. Assim como o projeto genoma a biologia sintética também está rodeada por especulação e não podemos dizer onde estaremos em dez anos. Mas uma coisa é certa, aprendemos a ler agora estamos escrevendo código genético.
Referências
- The Promise and Perils of Synthetic Biology – Jonathan B. Tucker and Raymond A. Zilinskas
- Synthetic biology: from hype to impact – Timothy S. Gardner
- Five hard truths for synthetic biology – Roberta Kwok
- Initial impact of the sequencing of the human genome – Eric S. Lander
- http://web.mit.edu/newsoffice/2012/complex-biological-circuit-1007.html
SynbioBrasil na Campus Party 2013 e no Grok Podcast!
Autores Colaboradores: Cauã Westmann e João Molino
No dia 29 de janeiro fomos convidados para participar do evento Campus Party, no Parque Anhembi, SP, “o maior acontecimento tecnológico do mundo” segundo o site (discutiremos isso mais tarde…)! Criada há 16 anos na Espanha, ela atrai anualmente geeks, nerds, empreendedores, gamers, cientistas e muitos outros grupos criativos que se reúnem para acompanhar centenas de atividades sobre Inovação, Ciência, Cultura e Entretenimento Digital. O evento tem duração de 5 dias e um espaço para acampamento que reuniu cerca de 8.000 “campuseiros” em barracas.
Mesa com o Carlos Hotta e o Mateus Lopes na Campus Party – as pessoas por trás do começo do SynbioBrasil.
Nosso grupo foi convidado para participar de uma apresentação na sessão da Galileu (sim, a mesma da revista!), apresentando a Biologia Sintética de forma sucinta e comparando-a com alguns aspectos operacionais da computação, buscando aproximar o público com a área. Os palestrantes foram o professor doutor da USP Carlos Hotta (IQ-USP) e o PhD em biotecnologia Mateus Schreiner Garcez Lopes (Brasken), dois grandes ponta de lança da Biologia Sintética no Brasil que fizeram um ótimo trabalho!
Bom, a apresentação ocorreu somente às 15h45min e como chegamos bem cedo, tivemos tempo suficiente para passear por muitos stands e apresentações no local. Grandes empresas patrocinaram o evento e marcaram sua presença por ali como Microsoft, Intel, IBM, Nvidia, Petrobrás, Vivo, Sebrae entre outras. Vimos centenas de computadores tunados, temáticos (veja a foto da CPU mafiosa) e com configurações de hardware extraordinariamente potentes; impressoras 3D e alas inteiras dedicadas a gamers. Entretanto, apesar dos 76 mil metros quadrados de área disponível do Parque Anhembi e do grande montante de investimentos envolvidos, o evento deixou muito a desejar…
Não, não é uma máquina de doces do Scarface. É um CPU.
Primeira grande pisada de bola: não havia uma rede de Wi-fi livre! É difícil de acreditar que um evento voltado para inovação e tecnologia não forneça conexões sem fio abertas. Pois bem, só estavam disponibilizados cabos para conectar o computador à rede, mas em uma era na qual tablets e outros portáteis são cada vez mais comuns, a ausência do Wi-fi prejudicou bastante nossas atividade e, principalmente, cobertura do evento! O Synbio Brasil que não pôde twittar nada durante o evento em decorrência disso. #chateado
Segundo, o espaço foi subutilizado. Grandes áreas eram destinadas a computadores que ficaram vazios na maior parte do tempo ou a grandes telões que mostravam apenas as expressões faciais de jogadores que competiam no evento. Além disso, muitos dos stands apresentavam pouquíssimo conteúdo, ocupando seu espaço com arcades, video-games, pinballs e máquinas de pegar bonequinhos de pelúcia. Até um enorme espaço reservado para um sorteio de automóvel havia ali.
Por último, houve certa desorganização operacional, principalmente no que tange à mobilidade do público dentro do Parque. Havia uma divisória entre os setores que apresentava seguranças e detectores de metais totalmente necessários, mas com apenas uma passagem estreita para quem ia e vinha em sentidos opostos, gerando grandes filas desnecessárias.
Pedro #chatiado por causa do wi-fi e de alguns estandes bobinhos. #GrumpyPedro
É claro que houve várias atividades legais, como a palestra do 2° homem a pisar na lua, o ex-astronauta Edwin Buzz Aldrin, e outros eventos com temas diversos sobre tecnologia, inovação e empreendedorismo e tudo isso foi muito válido. Muitas pessoas levaram suas ideias, produtos, computadores tunados, monitores triplos, jogos e programas e se beneficiaram muito da troca de experiências com os outros participantes. Ponto positivo novamente. Além disso, é importante ressaltar que ficamos apenas um dia no local e, por isso, opinamos sobre o que vimos apenas neste período de tempo, não conseguindo fazer um review sobre o evento como um todo.
O grande ponto forte da Campus Party desse ano foi promover o contato de milhares de pessoas para trocarem informações e experiências sobre os mais diversos assuntos e esse é um caminho importante para o desenvolvimento educacional, cultural e tecnológico do país. No entanto, senti que esse diálogo tão enriquecedor foi bastante fraco quanto à relação entre o público e às empresas presentes.
Faltou algum elemento de coesão… A ideia de que os participantes seriam atraídos apenas por brindes e entretenimento eletrônico foi um grande equívoco. Lá não estavam consumidores da velha definição capitalista, mas sim, felizmente, consumidores de ideias, pessoas inquisitivas e cheias de novas perspectivas. E para atender às suas demandas a logística claramente precisa se atualizar. Mas palma, palma, não criemos caniço (Chapolin et al, 1973)! Não há evento melhor do que a Campus Party para promover essa atualização do sistema!
Desse modo, a experiência foi muito válida e esperamos estar lá novamente em 2014 com muitas novidades para ver e mostrar!
EDIT: Cheque aqui o vídeo da palestra no evento (Obrigado pelo link Mariana Fioravanti!):
[youtube_sc url=”http://www.youtube.com/watch?v=VSvin1OzzIU”]
GrokPodcast
Recentemente, também, eu, Pedro Medeiros, e Otto Heringer pudemos ter a chance de participar do Grok Podcast. A página, sob comando de Carlos Brando e Rafael Rosa Fu, traz podcasts relacionados a tecnologia, principalmente tecnologia da informação, com podcasts nos quais profissionais explicam e discutem um determinado tópico de sua especialidade em uma série de episódios.
O termo Grok tem um significa curioso. De acordo com a própria página ele é proveniente do livro “Um estranho em uma terra estranha”, de Robert Heinlein, e que dizer “Entender algo tão completa e profundamente que o observador e o objeto observado se tornam um só”, com certeza uma sensação da qual nós, estudiosos apaixonados de um tema, adoramos estar próximos(e um termo que, a partir de agora, passo a adotar)!
Tomei notícia do GrokPodcast ainda em meados de 2012, quando pesquisava assuntos relacionados ao Arduino e, por acaso, noticiei um capítulo cujo título era “Singularidade e Biologia Sintética”, na qual dois entusiastas conversavam sobre o tema. Entrei em contato e, depois de algum tempo e algum esforço técnico, gravamos os episódios.
Estas foram mais duas ações com o objetivo de divulgar e informar, gerando material de qualidade (assim espero, haha) em língua portuguesa, tarefa na qual nós do SynbioBrasil já nos dedicamos.
Abaixo vai o link do primeiro episódio do nosso podcast!
Aventuras em Biologia Sintética
Drew Endy
Eu considero os quadrinhos como uma das formas mais interessantes de se narrar uma história. São também uma ótima forma de divulgar ciência de uma maneira didática e divertida.
Drew Endy um dos pais da biologia sintética (e do Registry of Parts), juntamente com Isadora Deese (ambos do MIT) elaboraram o quadrinho Adventures in Synthetic Biology. E tem mais: o quadrinho foi publicado no website da prestigiada revista Nature.
Confira Adventures in Synthetic Biology e aprenda de maneira didática o que são biobrick, PoPs, entre outros conceitos básicos.
Links possivelmente interessantes:
- Bastidores da produção do quadrinho
- The cartoon guide to genetics
- TED talk do Jorge Cham, criador do sensacional PhD Comics