iGEM 2012 Latin America: Nossos Projetos

animação total

Alguns meses a menos de vida para cada um dos dois

Depois de dias no laborat√≥rio, noites mal dormidas (vide foto acima), muita teimosia, discuss√Ķes (construtivas e n√£o construtivas)¬† e principalmente com um pequeno “salto de f√©”, n√≥s conseguimos representar o Brasil na competi√ß√£o internacional de m√°quinas geneticamente modificadas de 2012 (para saber mais do iGEM, veja esse post¬†e esse outro aqui)!

no bolt

The crew

Antes de falar como foi a experi√™ncia, a viagem e tudo mais (pr√≥ximo post!), vamos falar nesse post sobre o que diabos fomos apresentar l√° na Col√īmbia , como √© o julgamento dos projetos e o que n√≥s conseguimos/esper√°vamos conseguir.

Projetos

Fomos para a competi√ß√£o com dois projetos¬† (o que pode ser entendido desde como algo “arriscado” ou “ousado”, at√© a “completamente insano”) que j√° haviamos comentado no blog¬†bem antes mesmo de colocarmos a “m√£o na massa” em laborat√≥rio. A grande estrat√©gia foi ter um dos projetos bem fact√≠vel, que nos daria uma maior certeza de resultados positivos, e um projeto mais ambicioso, que nos destacaria entre os demais por sua inova√ß√£o e criatividade – mas que a chance de dar certo n√£o era l√° assim t√£o boa quanto a do outro projeto.

Levamos para o Jamboree (palavra em ingl√™s que significa algo como “reuni√£o de celebra√ß√£o”) o projeto “Plam√≠deo Plug’nPlay” – o fact√≠vel – e o “Rede de Mem√≥ria Associativa usando Bact√©rias” – o ambicioso.

Plug’nPlay

Basicamente, o Plasm√≠deo Plug’nPlay √© uma maneira mais espertinha de se pegar um gene qualquer e coloc√°-lo para ser expresso dentro de uma bact√©ria. Para quem entende melhor do assunto, ao se explicar o projeto o nome de outros sistemas comerciais podem vir √† cabe√ßa – como o m√©todo Gateway, TOPO¬†e o In-Fusion¬†– mas a grande ideia √©: se voc√™ tem um gene que quer clonar (ser expresso em algum ser vivo), basta fazer um PCR dele (milh√Ķes de c√≥pias do dito cujo) e seguir o protocolo de transforma√ß√£o, como se os pequenos peda√ßos de DNA lineares fossem um plasm√≠deo. O plasm√≠deo Plug’nPlay (j√° presente dentro da bact√©ria) cria uma maquinaria para reconhecer esse produto de PCR e inseri-lo no pr√≥prio vetor. A grande vantagem desse m√©todo √© que n√£o existem certos passos que consomem um tempo desnecess√°rio, como certas rea√ß√Ķes in vitro presentes nos tr√™s m√©todos citados anteriormente. A E.coli faz tudo isso por voc√™!

Explicação do Plug&Play

Quando j√° est√°vamos come√ßando a fazer os experimentos, descobrimos um m√©todo lan√ßado recentemente pela empresa GenTarget, o m√©todo Eco PCR, que faz EXATAMENTE a mesma coisa: PCR e transforma√ß√£o – dois passos: “Plug” e “Play”. Contudo, existem duas diferen√ßas entre o Plug’nPlay e o Eco:

  • o Plasm√≠deo Plug’nPlay usa uma recombinase, enquanto o Eco PCR usa recombina√ß√£o hom√≥loga;
  • o Plug’nPlay √© Open Source!

Conseguimos resultados bem legais com esse projeto, mostrando uma prova de conceito que indicava a recombina√ß√£o do produto de PCR com o Plasm√≠deo Plug’nPlay! Veja isso na nossa wiki, aqui.

Rede de Memória Associativa

Essa foi a aposta ousada do nosso time. Eufemicamente “ousada”.

Tudo parte de uma pergunta muito provocante: bact√©rias podem se comportar como neur√īnios para manter e lembrar uma mem√≥ria!?

Toda dificuldade em explicar esse projeto est√° em tentar responder essa pergunta. H√° v√°rias “subperguntas” a serem respondidas dentro dessa, como: o que √© (pragmaticamente) um neur√īnio!? O que √© uma mem√≥ria? Como √© armazenada? Como se resgata uma mem√≥ria!?

A mem√≥ria do nosso c√©rebro n√£o existe em “um neur√īnio”, e nem mesmo fica dividida literalmente em pedacinhos dentro de v√°rios neur√īnios (pode at√© ser de fato, dependendo de como voc√™ interpreta “dividir em pedacinhos”). Ela √© “sist√™mica”, o que significa que voc√™ s√≥ consegue alcan√ßar sua mem√≥ria se todo um grupo de neur√īnios se comportar de uma maneira espec√≠fica – ativando e/ou inibindo outros neur√īnios da rede.

esquema compara√ß√£o neur√īnio - pop english
Enfim, essa √© a ideia do projeto: fazer popula√ß√Ķes de bact√©rias se comportarem como um neur√īnio, podendo ser “excitadas” ou “inibidas”, e podendo “excitar” ou “inibir” outras popula√ß√Ķes – igual ao que um neur√īnio faz com outros neur√īnios. A(s) mem√≥ria(s) seria(m) definida(s) quando “program√°ssemos” geneticamente as popula√ß√Ķes para interagir entre si.

Se tiv√©ssemos conseguido produzir isso completamente, ter√≠amos a base para construir uma rede de comunica√ß√£o entre as popula√ß√Ķes de bact√©rias, que seria an√°loga a uma rede de comunica√ß√£o entre neur√īnios. √Ä partir da√≠, seria poss√≠vel criar um sistema que, dado um padr√£o de est√≠mulo de popula√ß√Ķes inicial, poderia associar esse est√≠mulo a uma das mem√≥rias do padr√£o de comunica√ß√£o entre as popula√ß√Ķes, que j√° tinham sido “pr√©-programadas” com a mem√≥ria.

Complicado n√©!? E s√≥ descrevi bem brevemente a ideia. Imagine ter que apresentar toda essa densidade de conte√ļdo em menos de 10 min!? E olha que eu nem mencionei o modelo de Hopfield para redes neurais, o aparato que ter√≠amos que testar para ver o sistema funcionando e muito menos como funciona o sistema de Quorum Sensing. Acho que at√© mesmo Steve Jobs teria dificuldade em vender essa ideia.

Apesar de n√£o termos conseguido finalizar as constru√ß√Ķes para realizar os experimentos, conseguimos fazer uma modelagem interessante do sistema, que mostra que para¬†dois neur√īnios, h√° teoricamente¬†quatro¬†pontos de equil√≠brio do sistema, o que indica ‚Äď pelo menos teoricamente ‚Äď que h√° o armazenamento¬†das quatro¬†mem√≥rias distintas num sistema simplificado. Na verdade, faltou fazer a an√°lise da estabilidade desses pontos de equil√≠brio, mas isso √© outra hist√≥ria.

Se tudo o que planejamos desse hipoteticamente certo, poder√≠amos ter criado a prova de conceito para um sistema de auto-monitoramento de biorreatores, em que quantidades espec√≠ficas de subst√Ęncias seriam mantidas nas devidas propor√ß√Ķes atrav√©s de um sistema de mem√≥ria associativa que reestabeleceria sempre as concentra√ß√Ķes das subst√Ęncias em quest√£o, caso haja alguma altera√ß√£o devido √† fatores aleat√≥rios do cultivo. Veja uma explica√ß√£o melhor do projeto e at√© onde chegamos atrav√©s da nossa wiki.

Resultados

Apesar de n√£o termos chegado a resultados com o projeto de Redes, conseguimos “consertar” um BioBrick com erro e mostramos que o Plug’nPlay funciona, por isso conseguimos levar medalha de prata!

Certificado iGEM 2012

Para o incauto viajante, pode parecer claro que isso n√£o √© um bom resultado. Afinal “merec√≠amos ouro!”, “o time √© da USP!” (ohh!), “a Unicamp foi melhor antes!”…

Particularmente, eu j√° esparava que o ouro fosse pouco prov√°vel. N√£o porque somos ruins, mas porque h√° uma condi√ß√£o necess√°ria para levar o t√≠tulo √°ureo: a melhoria de novas partes e/ou novos devices (que s√£o novas combina√ß√Ķes de BioBricks j√° existentes). A maioria dos times de sucesso (a.k.a. europeus, norte-americanos e chineses) pesquisa os elementos de DNA desejados na literatura e manda sintetiz√°-los, o que agiliza muito o processo de redesign de BioBricks e viabiliza constru√ß√Ķes muito grandes. N√£o t√≠nhamos verba o suficiente para a s√≠ntese, o que dificultava muito a cria√ß√£o de um device novo funcional, que seria constru√≠do no projeto de Mem√≥ria Associativa. √Č l√≥gico que existem outros fatores envolvidos para ganhar a classifica√ß√£o de medalha de ouro, mas escolhendo um como principal – aquele que, se diferente, poderia mudar bastante coisa – acho que seria esse: s√≠ntese de DNA. Infelizmente os devices do Plug’nPlay que constru√≠mos n√£o foram considerados como “improvements”, mas apenas como uma caracteriza√ß√£o funcional de uma nova parte/design. ūüôĀ

Portanto, para mim, a briga estava mesmo se √≠amos levar prata ou bronze, porque ainda precis√°vamos de mais um dado para mostrar com um maior grau de “inequivocidade” que o Plug’nPlay funcionou. Mas parece que conseguimos convencer os ju√≠zes. ūüėÄ

O que aprendemos

A primeria coisa que aprendi nisso tudo foi: não se mede o desenvolvimento e os resultados de um projeto vendo apenas onde se chegou, mas de onde se saiu e até onde se foi.

O que vale mesmo é o Delta!

O que vale mesmo é o Delta!

Tudo come√ßou no in√≠cio de 2011, e depois recome√ßou no segundo semestre do mesmo ano √† partir do zero (pra n√£o dizer √† partir do “negativo”). N√£o t√≠nhamos nada al√©m da vontade de fazer acontecer. Conhecemos pessoas, o grupo cresceu e se fortaleceu, discutimos ideias, firmamos parcerias, criamos projetos,¬† arrecadamos verbas, aprendemos uma infinidade de coisas como: design, marketing, gest√£o de pessoas, planejamento, an√°lise de viabilidade de projetos, web design,¬† programa√ß√£o, resolu√ß√£o de problemas do dia-a-dia em laborat√≥rio… Enfim, fizemos muitas coisas que muita gente duvidava no in√≠cio de tudo – acho que at√© eu duvidava!

Outras coisa menos subjetivas que aprendemos principalmente através do feedback que recebemos dos juízes Рe que podem ajudar futuros times brasileiros do iGEM Рforam:

  • Os BioBricks s√£o o foco, o resto do projeto em si √© apenas o complemento da caracteriza√ß√£o deles.
  • Os projetos que v√£o al√©m da mera caracteriza√ß√£o dos BioBricks s√£o os de mais sucesso – parece contradi√ß√£o com a conclus√£o anterior, mas n√£o √©: experimentos de caracteriza√ß√£o e experimentos de funcionalidade de um projeto devem ser complementares; os dois n√£o s√£o sempre necessariamente a mesma coisa.
  • Apresente a apresenta√ß√£o do Jamboree para o maior n√ļmero de pessoas poss√≠vel (de prefer√™ncias professores da √°rea) antes da apresenta√ß√£o fat√≠dica: assim voc√™ consegue imaginar todas as perguntas poss√≠veis que podem fazer para seu projeto – na verdade, isso vale para qualquer apresenta√ß√£o importante na sua vida.
  • Na modelagem: v√° al√©m de equa√ß√Ķes diferenciais.
  • Descreva bem os materiais usados e os protocolos na wiki!
  • Seja criativo e tente criar projetos de impacto no “mundo real”.
  • Tente criar uma Human Practice que tenha contato direto com as pessoas, de uma maneira criativa.
  • Foque nos resultados e em como eles foram feitos.
  • Ajude outro time do iGEM.
  • Fiscalize os outros times latinos para falarem INGL√äS e n√£o ESPANHOL¬† no Jamboree da Am√©rica Latina(importante!) – haha.
  • Nunca, em hipotese alguma, JAMAIS preencha os documentos de inscri√ß√£o/submiss√£o de partes com pressa ou sem aten√ß√£o. Esse ano houve um time mexicano que n√£o medalhou por falhar nesse quesito.

Futuro dos Projetos

Como parte da iniciativa do Clube de Biologia Sint√©tica, queremos estimular a cria√ß√£o de projetos em Biologia Sint√©tica n√£o unicamente para o iGEM, mas para virarem publica√ß√Ķes cient√≠ficas ou empreendimentos mesmo. A competi√ß√£o √© uma √≥tima plataforma para testes piloto de projetos e ideias, principalmente por contar com o acervo dos BioBricks e com a intera√ß√£o da comunidade internacional envolvida na √°rea. Por isso, faz parte do nosso trabalho levar esses projetos al√©m, fazer com que cheguem at√© ao “produto final”.

O plasm√≠deo Plug’nPlay ainda est√° sendo desenvolvido e testado no GaTE Lab¬†visando futuras aplica√ß√Ķes comerciais. O projeto de Redes est√° engavetado at√© definirmos o projeto do iGEM do ano que vem, mas h√° grande interesse de darmos continuidade a ele, principalmente por parte do pessoal da modelagem. Estamos com alguns contatos que podem se interessar em criar oportunidades para fazer essa rede de mem√≥ria associativa com bact√©rias funcionar – muitos acharam interessant√≠ssimo o nosso projeto no Jamboree, foi muito estimulador.

No pr√≥ximo post vou falar de como foi a viagem a Bogot√° e quais foram as impress√Ķes da competi√ß√£o para o √ļnico time tupiniquim deste ano. iGEM 2012 Latin America: Estivemos l√°!

Enquanto isso, vejam nos comentários aí embaixo se meus comapnheiros concordam comigo sobre esse post (não me deixem no vácuo)! Hahaha! Até!