O site Nobel

No site oficial da fundação Nobel, instituição tão reputada onde seria de esperar um grafismo sóbrio e conteúdos "sérios" apenas para iluminados, há jogos educativos para o comum dos mortais. Estão divididos pela temática dos prémios. Para os meus alunos aconselho, na Medicina, "Blood Typing", "The Cell and its Organelles", "Control of the Cell Cycle", "DNA - The Double Helix", "The Genetic Code", "The Immune System". Na Química há o "The PCR Method" e "Chirality".

Todo o site é um exemplo excelente de sucesso como fonte de informação, de material didático e até de divertimento. Há lá muito material interessantíssimo: autobiografias de laureados, as "Nobel Lectures" e os comunicados de imprensa. Aconselho para os alunos de Biomédica uma visita ao Prémio Nobel da Química de 1993 partilhado entre Michael Smith e Kary Mullis o inventor do PCR.

Impacto da genómica

Com a sequenciação do genoma da abelha já apareceram os primeiros resultados da aplicação do conhecimento das sequências nucleotídicas. A utilização da bioinformática e proteómica permitiu já confirmar a sequência de 100 neuropéptidos, de um total de 200 neuropéptidos putativos, e identificar 36 genes por análise de homologia com outras espécies. A sociogenómica tem agora uma ferramenta preciosa e a Apis mellifera um modelo científico poderoso.

É uma auto-estrada que se abre. As sequências genómicas podem ser comparadas com outras conhecidas doutras espécies para identificar genes putativos. A identificação de proteínas também passa a ser facilitada. A espectrometria de massa permite analisar péptidos resultantes de proteínas separadas por electroforese bidimensional de amostras representativas de todo o proteoma celular. A identificação só poderá ser possível por integração do valor da massa do péptido analisado com sequências aminoacídicas conhecidas ou obtidas por tradução in silico das sequências genómicas.

Sinal dos tempos

A força do acesso à informação em tempo real e a influência dos blogues já se faz sentir na ciência. Se me perguntassem em que área científica poderia haver uma polémica discussão em blogues eu diria, talvez denunciando algum "biocentrismo", que seria na biologia, devido a temas como a genética, biologia molecular ou evolucionismo. Mas neste caso trata-se da matemática e chegou a dar direito a insultos e tudo. É certo que o problema para o qual fora proposta a resolução (as equações de Navier-Strokes) está por resolver há mais de 150 anos e há um prémio de 1.000.000 de dólares para a sua resolução. Mas enfim, já não se pode anunciar numa publicação electrónica um resultado obtido com um engano nos cálculos sem se evitar uma polémica, mesmo após a devida correcção por parte da autora.

Mais um

O genoma das abelhas (Apis mellifera) acaba de ser sequenciado. A base genómica da organização social destes insectos pode começar a ser estudada.

Post didático

TATA-binding protein de levedura (em tons de azul) associada ao DNA (em tons de rosa). Referências: PDB ID 1ytb; Kim, Y., Geiger, J.H., Hahn, S., Sigler, P.B. Crystal structure of a yeast TBP/TATA-box complex. Nature v365 pp.512-520 , 1993

A TATA-binding protein (TBP) representa um papel central na montagem da maquinaria de transcrição ao permitir a associação com os factores de transcrição e a RNA polimerase. A RNA polimerase fica localizada de modo a possibilitar que a transcrição se inicie no sítio certo. A TATA box existe em virtualmente todos os promotores dos nossos genes e associa-se à sequência de consenso típica das TATA boxes (T-A-T-A-a/t-A-a/t). A composição rica em A e T facilita a dissociação das duas cadeias de DNA, expondo a cadeia que vai servir de molde para a síntese do pré-mRNA. A associação da TBP ao DNA provoca uma curvatura deste de cerca de 90º. Nesta associação são determinantes as interacções iónicas de uma série de lisinas e argininas (com carga positiva a pH fisiológico; representadas a azul escuro na primeira figura), que na estrutura terciária da TBP se dispôem em linha, com os grupos fosfato do esqueleto molecular do DNA (representados a amarelo e vermelho na primeira figura). A especificidade de associação com a sequência da TATA box deve-se à interacção de fenilalaninas e asparaginas (representadas a cheio na segunda figura) com as bases por pontes de hidrogénio.

Post didático

Dna Molecular Biology Visualizations - Wrapping And Replicat

Uma animação didática excelente mostrando o empacotamento do DNA e a replicação. Para os alunos de Engenharia Biológica esta matéria será abordada posteriormente. Para os de Biomédica este assunto está fresquinho.

"Vale a pena ir seguindo o caso" IV

Proveniente de um país profundamente católico esta notícia de arrepiar (via Origem das Espécies e O Escudo).

Eles andam por aí e não têm vergonha do que dizem!

The flying spaghetti monster

Via Pharyngula, provavelmente o blogue científico mais lido em todo o mundo, uma entrevista ao autor do The Selfish Gene, Richard Dawkins, agora numa fase mais "transcendental". No seu livro recentemente publicado (The God Delusion), apresenta-nos uma visão radical sobre o darwinismo e desígnio inteligente. R. Dawkins relaciona o darwinismo ao ateísmo o que para muitos defensores do desígnio inteligente constitui até um ponto a favor da sua causa.

Em tempos conturbados em que a fé religiosa está na base de acções terroristas, pode haver também fé religiosa fundamentalista no confronto com a ciência a que R. Dawkins não hesita em chamar de guerra. O seu radicalismo chega a expressões do género:

...to teach children that it is a fact that there is one god or that God created the world in six days, that is child abuse.

Também na consideração de que a fé religiosa é uma crença científica:

Suppose, hypothetically, that forensic archaeologists, in an unlikely series of events, gained evidence -- perhaps from some discovered DNA -- which showed that Jesus did not really have an earthly father, that he really was born of a virgin. Can you imagine any theologian taking refuge behind Stephen Jay Gould's non-overlapping magisteria and saying, "Nope, DNA evidence is completely irrelevant. Wrong magisterium. Science and religion have nothing to do with each other. They just peacefully coexist." Of course they wouldn't say that. If any such evidence were discovered, the DNA evidence would be trumpeted to the skies.

É claro que há aqui uma dimensão política muito contaminada pelo conflito evolucionismo/criacionismo norte-americano. No entanto, para a questão da experiência pessoal de fé religiosa, Dawkins corta a direito:

As I've said, the brain is highly complicated. And one thing it does is construct remarkable software illusions and hallucinations. Every night of our lives, we dream and our brain concocts visions which are, at least until we wake up, highly convincing. Most of us have had experiences which are verging on hallucination. It shows the power of the brain to knock up illusions. If you're sufficiently susceptible and sufficiently indoctrinated in the folklore of a particular religion, it's not in the least surprising that people would hallucinate visions and still small voices. I wouldn't be at all surprised if it happened to me.

Dawkins já nos habituou a ideias radicais e inovadoras (a selecção natural a actuar em genes e não em indivíduos e os memes) que constituiram revoluções na biologia evolutiva. Confesso que estas novas sobre a religião continuam a ser radicais e que a parte da consciência da fé como experiência pessoal é o expoente deste radicalismo. Vou esperar por ler o livro...

Com direito a entrada no Guiness!

Acabam de ser publicados os genomas mais pequenos conhecidos em seres celulares. Trata-se da Carsonela rudii com 159.662 pares de bases e 182 genes codificadores para proteínas (Nakabachi e colaboradores) e da Buchnera aphidicola com 400.000 pares de bases (Pérez-Brocal e colaboradores). Esta redução dos genomas ao longo do processo evolutivo "sacrificou" genes essenciais à existência independente pois ambos os organismos são bactérias endossimbióticas em insectos. Nakabachi e colaboradores colocam mesmo a possibilidade de C. rudii ter sido descoberta a meio do seu processo de se transformar num organelo, fazendo o paralelismo da semi-autonomia das mitocôndrias e cloroplastos.

A área emergente da biologia sintética está com os olhos postos nestes seres, pois poderão servir de modelo para a criação de entidades biológicas de síntese com interesse biotecnológico. Assim, poderá ser possível criar células com genomas e metabolismos simples desenhados para a produção com grande eficiência de um determinado produto com interesse farmacêutico ou alimentar.

Quem quer ser milionário?

Só para quem sequenciar o genoma de 100 pessoas em 10 dias.

A genómica clínica está mais próxima.

Post didático

Como complemento às aulas, apresento material extra referente a proteínas transportadoras. Hoje temos a ATPase de sódio e potássio (uma ATPase do tipo P) e o canal de sódio.

A ATPase de sódio e potássio é a proteína responsável pelos gradientes de concentração de sódio e de potássio entre os meios extracelular e intracelular em virtualmente todas as células do nosso organismo: o sódio mais concentrado fora (~10x) das células e o sódio mais dentro (~30x). Devido à sua actividade (uma boa parte do ATP celular é "gasto" na actividade desta bomba) e ao balanço global de iões, a bomba de sódio e potássio contribui para o estabelecimento do potencial eléctrico das células (-20mV a -200mV). Desta forma, conjuntamente com os canais de sódio e os de potássio contribuindo para a dissipação parcial dos gradientes, há a despolarização das membranas nos neurónios o que leva à formação do impulso nervoso. O gradiente de iões de sódio também permite o transporte de nutrientes por simporte, por exemplo no transporte transcelular a nível do epitélio intestinal. É uma proteína com duas subunidades (alfa de ~113kDa e beta, ~35kDa), das quais a alfa é reponsável pela ligação ao sódio e potássio e fosforilação (daí a classificação do tipo P). A subunidade beta, ainda pouco estudada, parece estar envolvida na activação do transportador, sendo fundamental para a sua actividade.

Como foi dito atrás, o gradiente de sódio é dissipado parcialmente pela abertura de canais de sódio, presentes nas membranas excitáveis de células nervosas e musculares. É esta despolarização localizada que constitui o impulso nervoso e que percorre o neurónio em toda a extensão. Esta onda de despolarização deve-se também à repolarização pela oclusão dos canais de sódio e abertura dos canais de potássio, possibilitando a saída de cargas positivas da célula devido ao gradiente deste ser inverso em relação ao de sódio (está aqui uma animação despolarização e repolarização).

Uma particularidade interessante deste canal de sódio é a sua resposta ao potencial de membrana. Enquanto que muitos sistemas de transporte membranar são regulados por agentes químicos com função reguladora, este é regulado pelo potencial de membrana. Um sensor de voltagem promove a oclusão do canal em situação de repouso (-20mV a -200mV) o qual é aberto quando o sensor detecta uma despolarização, desencadeando o impulso nervoso. Um outro mecanismo de regulação, por inactivação, impede que se desenvolvam mais despolarizações por estímulo contínuo. Dependendo do tipo celular, os canais de sódio consistem de uma subunidade alfa de 260kDa responsável pela selectividade e oclusão dependente da voltagem e uma ou mais subunidades beta (ver aqui uma revisão deste canal).

Os "omics" e os ensaios em animais

Sem evitar os testes em animais, as abordagens globais ("omics") como a toxicogenómica, toxicoproteómica e metabolómica, podem no entanto contribuir para aliviar a pressão social para os banir ou reduzir drasticamente. Devido à sua sensibilidade e especificidade potenciais (estas "omics" ainda não estão completamente afinadas) na detecção de alterações de expressão genética, de produção de uma proteína ou de um metabolito, os testes poderão ser adaptados a ensaios de curta duração (por exemplo em toxicologia), evitando a acção toxicológica em pleno do agente testado com manutenção da utilidade do teste em termos de informação toxicológica. No seu artigo, Michaela Kroeger refere ainda que isto possibilitará também a redução temporal dos testes (dá um exemplo da possibilidade de redução de ensaios de carcinogenicidade de 2 anos para algumas semanas) e redução do número de animais usados.

Esta é uma forte possibilidade depois de se ultrapassar questões técnicas das abordagens globais que passam pela diminuição da variabilidade inter-laboratórios e do procesamento dos dados. Para isto já anda muita gente a trabalhar na bioinformática.

And the Nobel goes to...

Mais um Nobel para a biologia molecular, desta vez o da Química, a premiar o trabalho de Roger Kornberg nos estudos mecanísticos da transcrição em células eucarióticas. De acordo com o comunicado da Fundação Nobel, o trabalho de Kornberg possibilitou a compreensão a nível molecular do reconhecimento do promotor, a iniciação da transcrição, translocação do híbrido DNA-RNA após a adição de um novo nucleótido, separação das duas cadeias deste híbrido e especificidade de adição de um novo nucleótido à cadeia de RNA com base no molde de DNA.

Trata-se de conhecimento fundamental numa área fundamental da biologia; a transcrição. É através da regulação da transcrição que as células se diferenciam, dando origem à diversidade celular, funcional e morfológica, dos seres pluricelulares. Uma nota para o modelo experimental, a levedura, usado nesta investigação ao qual também estou ligado. As leveduras servem para algo mais do que para fazer pão, cerveja e vinho!

Movimento de livre acesso em progresso

Cinco entidades britânicas financiadoras de investigação científica acabam de anunciar a exigência de publicação dos trabalhos por elas financiados em repositórios de livre acesso. São a "The Medical Research Council", "Biotechnology & Biological Sciences Research Council", "Economic & Social Research Council" e a "National Environmental Research Council". Esta é uma boa notícia para quem tem orçamentos reduzidos para investigar e, claro, para as editoras de livre acesso.

A democratização da informação também está a chegar à ciência.

Animações didáticas

Especialmente para os meus alunos das Engenharias Biológica e Biomédica, via o excelente BioCurious, esta animação que resume quase toda a matéria respeitante a Biologia Celular e Molecular. É tentador fazer um exame com a animação a perguntar a identificação dos processos celulares e das moléculas envolvidas.

Um belo exemplo de animação didática feito por uma empresa privada que cria "knowledge through vision".

And the Nobel goes to...

O Nobel da medicina acaba de ser atribuído a Andrew Z. Fire e Craig C. Mello pelo seu trabalho na descoberta da interferência de RNA (RNAi). A importância desta descoberta é enorme pelo facto de ser um mecanismo celular envolvido no dogma central da biologia, uma vez que através da RNAi a célula regula o fluxo de informação do genoma até à tradução. Mas é também na ciência aplicada que esta descoberta tem grande impacto. A possibilidade de "desligar" a expressão de genes graças ao uso de pequenas moléculas de RNA em cadeia dupla em que uma das sequências tem especificidade de emparelhamento para o mRNA que se pretende degradar, é já uma realidade na aplicação a células animais. Ou seja, pode-se provocar um fenótipo que seria de um mutante sem manipular o respectivo gene. Por outro lado, o potencial em aplicações médicas é elevado, pois a "correcção" genética pode estar mais perto e o combate a vírus patogénicos pode sair reforçado por silenciamento dos seus genes.