Aroma de levedura

Não será razão para comer menos e tapar o nariz sempre que sentimos o cheirinho de boa comidinha, mas as moscas do vinagre parecem beneficiar, em termos de tempo de vida, com a restrição calórica e com a ausência do odor do seu alimento preferido (a levedura). A restrição calórica tem sido já discutida há algum tempo, agora a questão do cheiro do alimento é nova. O que poderá estar em causa é o sinal para a execução de tarefas de manutenção do organismo e de preparação para restrição alimentar que a falta de detecção de alimento (por via do olfacto) pode provocar. Isto é coerente com a descoberta de que mutantes da mosca afectados nos receptores de olfacto também beneficiam de um prolongamento do seu tempo de vida; o estímulo para a manutenção e preparação do organismo para tempos difíceis seria permanente. No entanto, há outra hipótese, não contrariada pelas observações, que é a possibilidade das leveduras poderem emitir alguma substância com um efeito fisiológico relacionado com o tempo de vida das moscas. Outra ainda é a da possibilidade das estirpes laboratoriais serem seleccionadas para reprodução precoce, encurtando o seu tempo de vida de maneira a que este tipo de experiências tenha resultados exagerados e sejam de significado biológico limitado.

Foto: André Karwath

Para evitar que o feitiço se vire contra o feiticeiro

A grave resistência a antibióticos constitui um assunto fundamental de saúde pública e um problema científico interessantíssimo (reparem na ausência de microrganismos em redor de algumas colónias na fotografia) para o qual fui chamado à atenção, através de um comentário na Molecular Microbiology sobre um problema que lhe é directamente relacionado: a resistência dos organismos produtores de antibióticos ao próprio antibiótico que produzem. Em termos puramente conceptuais as estratégias a seguir para este tipo de protecção incluiriam a modificação da molécula de antibiótico de modo a atenuar ou a perder reversivelmente a sua actividade (enquanto não é segregado da célula), modificação do alvo para que a ligação com o antibótico passe a ser de baixa afinidade e garantir que o antibiótico acabado de ser produzido nunca atinja concentrações tóxicas no interior da célula através, por exemplo, de um sistema de transporte na membrana plasmática que exporte o antibiótico. De facto já foram identificados estes mecanismos em estirpes bacterianas produtoras de antibióticos. No caso do transportador do antibiótico, actuando como exportador, há uma função dupla de protecção e de disseminação do antibiótico para actuação no ecossistema, possibilitando a eliminação de competidores. A regulação temporal da expressão de genes tem também importância. Normalmente a produção do antibiótico ocorre em fases tardias do ciclo de crescimento da comunidade bacteriana, enquanto que os genes responsáveis pela resistência são expressos em fases mais precoces.

Enquanto que na resistência adquirida de uma estirpe a um determinado antibiótico pode ocorrer via transferência horizontal de genes (mediado por plasmídeo ou bacteriófago; o mundo científico também é pequeno!), ou seja a posteriori, este tipo de relações ecológicas microbianas não faz sentido quando a protecção é contra uma característica do próprio organismo, ou seja, a produção do antibiótico e a respectiva resistência tiveram que ser seleccionadas simultaneamente. Notavelmente, os genes da biossíntese de antibióticos estão ordenados num agrupamento contínuo no cromossoma, incluindo pelo menos um gene de resistência e, frequentemente, um regulador dessa via de biossíntese, sugerindo que todo o este bloco genético existe como uma unidade funcional e, como tal, susceptível a selecção natural.

Um mecanismo molecular de regulação da expressão dos genes envolvidos neste tipo de protecção é por ligação do antibiótico a um repressor da expressão desse(s) gene(s). Isto faz com que o repressor perca afinidade para a RNA polimerase, podendo assim ocorrer transcrição. O que acaba de ser demonstrado é que formas precursoras do antibiótico podem exercer este mesmo efeito de repressão do repressor (designado pelos autores por "feed-forward"), possibilitando a desrepressão do gene que codifica para o transportador responsável pela exclusão desse antibiótico. Neste sistema, a garantia de protecção é total: a forma precursora inactiva do antibiótico induz a adaptação de protecção contra a sua forma activa.

Foto: Alexandra Nobre, Departamento de Biologia da Universidade do Minho.

Por outro lado...

Uma visão oposta à exposta no post anterior surge numa carta (Nature 444, 31; 2006) dirigida à Nature em que Fenchel, Esteban e Finlay defendem o estudo das propriedades fenotípicas dos micróbios em detrimento da determinação das sequências genéticas para a compreensão da diversidade microbiana na natureza. Isto surge na sequência duma comunicação de Rothschild, também à Nature (Nature 443, 249; 2006) num tom bem mais frontal, apelando à honestidade intelectual na escrita de artigos através da referência aos micróbios recalcitrantes simplesmente como de cultura não conseguida ou não tentada. É muito frequente este tipo de erros, o que leva a pensar que muito do trabalho de revisão dos artigos propostos para publicação não passa de rotina. De facto há uma enorme diferença entre microrganismo não cultivável e mircorganismo de cultura laboratorial mal sucedida com os recursos usuais em microbiologia. Em rigor é disto que se trata sempre.

Há também aqui um espírito de "defesa do meu quintal"; se por um lado há modas que levam praticamente uma comunidade científica inteira a explorar um problema científico pela mesma abordagem (por causa duma tecnologia mais recente e inovadora - o último grito! - e/ou no posicionamento estratégico de captação de financiamento exibindo actualização tecnológica e científica), por outro tenta-se defender as abordagens tradicionais clássicas duma maneira fechada à inovação. Aquilo que me parece é que se vai passar a mesma história de sempre, ou seja, os "clássicos" vão ganhar com as novas metodologias, em termos de novo conhecimento e da inovação na abordagem científica, e os "inovadores" vão precisar dos "clássicos" para analisar e validar as suas abordagens. Afinal, quando se isola um gene não tem que se perguntar qual é a função da proteína que codifica?

O triunfo de Lamarck?*

Se se isolar e sequenciar DNA de solo colhido de uma fonte hidrotermal, devem-se identificar genes que codificam para proteínas com potencial em termos de resistência a temperaturas elevadas (as aplicações biotecnológicas destas proteínas são enormes na investigação, clínica, indústria alimentar, indústria química, etc). Esta é a abordagem metagenómica; estudo de genomas obtidos a partir de amostras de fontes naturais (habitats de microrganismos). Se a abordagem é com um fim de aplicação biotecnológica, nem é preciso ter-se o trabalho de identificar os organismos a que pertencem os genes identificados. Aliás, mesmo para estudos fundamentais, a visão de que há genes que são partilhados por genomas de espécies diferentes numa comunidade microbiana (transferência horizontal de genes) está a ter forte aceitação. Um dos exemplos é a publicação na Nature de um pequeno ensaio anunciando a próxima revolução da Biologia em que o último autor é Carl Woese (esse mesmo, das arquebactérias). Assim, há genes que se transferem livremente entre eubactérias e arquebactérias, entre arquebactérias e eubactérias, entre estirpes de cada um destes grupos filogenéticos e entre vírus e todas as células. Todo este processo é dinâmico e estará dependente das condições ambientais, provocando a mudança de hospedeiro por parte de genes (o triunfo, se é que precisa dele, também é de Richard Dawkins com esta extensão do seu conceito de gene egoísta). Em microbiologia, quando se faz o isolamento de microrganismos em colónias não é mais do que uma análise puramente conceptual da comunidade microbiana de que se parte, pois cada estirpe isolada não fará sentido biológico sem a presença dos restantes membros da comunidade.

No seu ensaio, Goldenfeld e Woese consideram que os primeiros passos evolutivos foram feitos segundo o modelo lamarckiano de transferência genética horizontal, com predomínio sobre o modo vertical, e que o fluxo de genes numa população (em que incluem também energia e matéria) vai abrir campo a uma Biologia mais quantitativa com modelos teóricos com capacidade de previsão, como a biologia de sistemas, fazendo com que se assemelhe com a Física.

*Há também uma referência a Darwin (o título deste post poderia induzir em erro se não o mencionasse) em que os autores refutam a colagem do darwinismo à evolução. Não negando a sua importância, afirmam que outros mecanismos devem ser considerados.

Foto: Galerie des naturalistes de J. Pizzetta, Ed. Hennuyer, 1893

Transportador molecular

As nanomáquinas prometem muito. Está aqui um exemplo, com implicações biomédicas evidentes, de uma molécula (a antraquinona) que tem a propriedade de andar numa superfície polida de cobre em linha recta e que ainda tem a capacidade de se ligar a duas moléculas de dióxido de carbono, transportando-as. A equipa de Ludwig Bartels filmou esta caminhada recorrendo ao microscópio "scanning tunneling", que permite detectar correntes eléctricas fracas à escala atómica (0,2 nanómetros) e assim ter imagens de moléculas numa superfície. O resultado é tão fantástico que até é possível ver a dependência da velocidade da antraquinona em relação à carga de dióxido de carbono que carrega (0, 1 ou 2 moléculas).

Estes não são marcianos

A acção microbicida do peróxido de hidrogénio (a água oxigenada das farmácias) está patente nesta placa em que se evidenciam 5 estirpes mutantes da levedura de panificação (cada estirpe ocupa uma linha com diferentes diluições da suspensão celular usada como inóculo; mais diluída da esquerda para a direita) num meio de cultura com peróxido de hidrogénio. Claramente a estirpe do meio é a mais sensível pois é a que forma menos colónias no meio.

É intrigante verificar que este composto existe dentro das células e até é instrumentalizado por células como os macrófagos na sua acção microbicida. O peróxido de hidrogénio está permanentemente a ser produzido (na verdade em todas as células com mitocôndrias e peroxissomas) como consequência da actividade da cadeia respiratória mitocondrial e do metabolismo peroxissomal. Numa situação normal é decomposto a água e oxigénio numa reacção catalisada pela catalase. Quando a produção excede a capacidade de degradação da catalase, o peróxido de hidrogénio reage por oxidação com macromoléculas, particularmente DNA, proteínas e lípidos. Aqui é que começam a surgir os problemas para a célula com degradação de estruturas celulares e alterações do DNA.

Os putativos marcianos referidos por Schulze Makuch, baseiam-se no peróxido de hidrogénio o que confere protecção contra o frio pois o ponto de congelação decresce com o aumento da sua concentração e contra a secura pois é fortemente higroscópico. Assim, nos testes realizados pela Viking no final dos anos 70, em que se adicionava água e carbono radioactivo a solo marciano, os marcianos terão produzido algum CO2 (radioactivo por causa do carbono) e depois morreram por afogamento (o peróxido de hidrogénio intracelular recrutou a água). Deste modo, a produção de CO2 parou subitamente e o material orgânico foi destruido pela libertação do peróxido de hidrogénio das células que rebentaram com a água. Na ficção científica dos filmes dos gloriosos anos 50 e da banda desenhada, a história do contacto com marcianos não era bem assim.

O dia 7 de Janeiro de 2007 pode ficar na História

Esta é a data daquela que poderá ser a primeira comunicação científica reportando a existência de vida extra-terrestre. Excitante!

"Procurar uma agulha que não está no palheiro"

Em vez de pesquisar sequências de nucleótidos ou de aminoácidos em organismos, Greg Hampikian procura sequências que não existem. A hipótese de trabalho é que tais sequências podem ter sido seleccionadas para a sua eliminação por serem letais para uma espécie ou para todas. Para esta pesquisa foi desenvolvido software para o cálculo de todas as sequências de pequena extensão possíveis de nucleótidos e pesquisar no Genbank a sua existência (inexistência neste caso). Depois é preciso ir para o laboratório para testar a actividade biológica destas sequências para seleccionar as que são de facto letais.

Se estas sequências existem, abrem-se novas perspectivas na engenharia genética, pois poder-se-á programar o tempo de vida de qualquer organismo portador duma destas sequências sob a acção de um regulador de expressão activável. Há também a possibilidade de aumentar o arsenal terapêutico antibiótico com os péptidos letais. Por outro lado, as sequências não letais identificadas poderão servir de marcação genética de organismos com vista à sua detecção e identificação.

Código de barras taxonómico

É quase o Santo Graal da Taxonomia ter um teste simples e rápido capaz de identificar espécies. Isto pode estar mais perto do que se poderia imaginar com o projecto The barcode of life que consiste em determinar um marcador de DNA cuja sequência poderá discriminar espécies. Para alguns grupos filogenéticos como peixes e aves é usada a sequência da citocromo oxidase I mitocondrial, noutros grupos como os fungos ainda não está definido o marcador a usar. Há um consórcio mundial (e um blogue) criado para o tratamento dos dados e definição dos marcadores para que virtualmente seja possível identificar qualquer organismo ao nível de espécie com uma simples sequenciação de uma pequena região do genoma.

O rastreio da biodiversidade no planeta poderá vir a ser possível quando reacções de PCR e sequenciação de DNA puderem ser feitas rapidamente em pequenos aparelhos portáteis no terreno (neste campo os progressos são assinaláveis).

Para um ensino mesmo

O dedo na ferida por Desidério Murcho no comentário ao livro "Desastre no Ensino da Matemática: Recuperar o Tempo Perdido", organizado por Nuno Crato (Gradiva, 2006). Saiu hoje no PÚBLICO (só para assinantes) e acessível aqui.

Copio o destaque do PÚBLICO a esta frase com a qual não poderia estar mais de acordo:

As desastrosas doutrinas pedagógicas que imperam em Portugal, algo pós-modernaças e "construtivistas", são elitistas — apesar de fingirem o contrário — e têm por denominador comum um ódio visceral às ciências, à matemática, à história, à gramática, à literatura, à filosofia; enfim, a tudo o que se pareça com verdadeiros conteúdos escolares.

Fica para o ano

Pois é, o Blogómica não está nesta lista. Mas há esperança: dos 10 blogues mais populares, 7 são de cientistas da área das ciências da vida.

Segurança de produtos alimentares provenientes de clones

O tema é dado à produção de muito ruído afectando uma análise ponderada do problema da clonagem de animais com fins comerciais para alimentação humana. Por um lado há pressões por parte de defensores da proibição das técnicas de clonagem e por outro há interesses comerciais fortes nestas tecnologias. Para já a análise do centro de medicina veterinária da Food and Drug Administration (FDA) a toda a informação disponível em publicações com arbitragem científica aponta possíveis riscos acrescidos no consumo dos produtos derivados de clones em relação aos animais resultantes de técnicas de reprodução assistida. Num documento extenso (678 páginas das quais, confesso, li apenas o primeiro capítulo referente ao sumário do estudo), formalmente impecável, houve o cuidado de definir a avaliação do risco acrescido no consumo destes produtos, pois seria pouco sério avaliar o seu risco absoluto quando há no mercado produtos resultantes de animais criados por técnicas de reprodução assistida (esta atitude de colocar a tecnologia de transferência nuclear de células somáticas na mesma categoria de outras técnicas globalmente definidas como tecnologias de reprodução assistida revela uma ausência de preconceitos de louvar). É interessante verificar que os estudos analisados foram estudos baseados em abordagens bioquímicas e fisiológicas, sendo referido que as técnicas de genómica, proteómica e metabolómica não foram consideradas por falta de padronização e validação. Há aqui também sensatez na referência explícita das técnicas consideradas na análise. Como um dos problemas é uma possível desregulação epigenética, de resto referido no documento, as tecnologias de genómica poderão vir a ser importantes neste tipo de análise num futuro provavelmente próximo em que a tecnologia dos microarrays esteja perfeitamente padronizada.

Das espécies consideradas (gado bovino, porco, ovelha e cabra) apenas os clones bovinos com idade até alguns dias após nascimento poderão trazer algum risco, limitado, aos consumidores humanos. Animais de idades mais avançadas já não apresentarão risco acrescido devido à ausência destes problemas de reprogramação genética. A sobrevivência ao período perinatal contribui para esta conclusão assim como os animais que sobrevivem a gestações resultantes de reprodução sexuada por meios exclusivamente naturais também são saudáveis ao contrário dos que não sobreviveram até ao fim da gestação ou ao fim de alguns dias após o nascimento.

O documento está disponível aqui para análise dos interessados. A FDA abriu o documento à discussão pública; quem quiser pode submeter comentários por via electrónica.

Olhar para dentro do corpo

A combinação de abordagens moleculares e de imagem permitiu ver pela primeira vez in vivo a interacção de linfócitos T com células tumorais. Os linfócitos T foram marcados com fluorescência verde e foram expostos, após remoção do rato, a um antigénio das células tumorais do rato marcadas com fluorescência azul. Após a reintrodução dos linfócitos T no organismo, a equipa de Weninger conseguiu ver e filmar, por microscopia de fluorescência "two-photon", a migração dos linfócitos e a interacção destes com as células tumorais. Da interacção resultou a apoptose da célula tumoral.

"Reverse engeneering"

Ao pesquisar as diferenças entre as leveduras Saccharomyces cerevisiae e Schizosaccharomyces pombe dei com um artigo (Forsburg, 1999 TIG 9:340-344) que começa com a comparação entre a abordagem da engenharia e a da biologia:

At the Massachusetts Institute of Technology (MIT), there is a famous undergraduate engineering course in which the students are given identical boxes of parts and told to design and build a robot to carry out a single assigned task. Naturally, each student uses the same pieces to devise distinctly different robots. There is more than one way to solve the problem, although the solutions differ in their elegance or efficiency. Biological research is the reverse: taking apart the pieces to see how the design really works. Not surprisingly, the pieces are often closely related, even when the final product looks quite different. Just as in the robots, the same task in living cells can be fulfilled by using similar parts in dissimilar ways.

Este é o fundamento para o uso de organismos modelo na investigação de problemas biológicos. Em organismos tão diferentes como o ser humano e as leveduras as parecenças podem ser enormes; é uma questão de "descer" à escala celular e molecular.

(foto: Peter Hollenhorst and Catherine Fox)

Ciclo celular

Novamente do site da Fundação Nobel, um jogo didático para ajudar a compreender o ciclo celular e a sua regulação.

Humanização de leveduras

Um dos problemas da produção heteróloga de proteínas, por exemplo a produção de proteínas humanas com potencial terapêutico em microrganismos como bactéria ou levedura, é a diferente modificação pós-tradução, normalmente por glicosilação, que ocorre de modo diferente de organismo para organismo. O padrão de glicosilação de proteínas ainda não está completamente esclarecido, no entanto sabe-se que condiciona a actividade biológica da proteína, podendo masmo ser determinante. Assim, a grande vantagem da produção heteróloga de proteínas humanas em microrganismos (ausência de transmissão de agentes infecciosos, rendimento e economia) pode ser completamente anulada pela ausência de actividade do produto final devido ao padrão de glicosilação ser diferente ou mesmo ausente. Este é o resultado do uso de bactéria como sistema de expressão, pois na ausência de organelos não há as modificações pós-tradução que ocorrem tipicamente no retículo endoplasmático e no aparelho de Golgi.

Um dos microrganismos mais usados na expressão de proteínas de mamífero é a levedura Pichia pastoris devido ao facto de ser metanoltrófica, sendo os genes associados a este metabolismo serem conhecidos e a sua expressão ser regulada pela presença de metanol no meio de cultura. Deste modo, clonando um gene com um promotor para a enzima álcool oxidase (do primeiro passo do catabolismo do metanol), pode-se induzir fortemente a produção da respectiva proteína apenas por transferência das células da cultura para um meio contendo metanol como única fonte de carbono e energia. No entanto, não há só vantagens: o padrão de glicosilação das proteínas de secreção em P. pastoris não é igual ao de células humanas.

Só que as leveduras são excelentes modelos científicos, em particular na manipulação genética em que a introdução de genes de outros organismos é facílima (mais a Saccharomyces cerevisiae, sendo que o superlativo só é justificável em termos relativos por camparação com outros organismos, ou seja, não deixa de ser difícil). Foi assim que Hamilton e colaboradores inactivaram os genes responsáveis pela glicosilação de P. pastoris e introduziram 14 genes heterólogos que permitem recriar os passos da glicosilação humana nesta levedura. Para demonstrar o sucesso, produziram eritropoietina funcional, a hormona glicoproteica responsável pela indução da produção de eritrócitos na medula óssea.

Foto: Peter Hollenhorst e Catherine Fox

Nanotecnologia com organismos vivos

A primeira nanomáquina com organismos vivos e partes inorgânicas. Com um rotor revestido com estreptavidina ao qual se associam bactérias da espécie móvel Mycoplasma mobile com proteínas de superfície biotiniladas, foi possível fazer funcionar o rotor (ver vídeo aqui) através duma calha circular produzida por fotolitografia num suporte e revestida com proteínas contendo ácido siálico para restringir o movimento bacteriano (ver aqui também).

O trabalho foi publicado recentemente e poderá marcar o início da utilização de seres vivos como parte integrante de nanomáquinas, como por exemplo microrobots. Bem, apenas a esta escala, pois a utilização de seres vivos em máquinas de escalas maiores é quase tão antiga como a própria civilização.

Foto: Yuichi Hiratsuka, U. of Tokyo/PNAS

Science & art por Nuno Micaelo

Nas Jornadas de Biologia Aplicada o Nuno já nos havia brindado com os modelos moleculares da cutinase, representando a proteína com moléculas de água de hidratação em ambientes químicos diversos com previsões exactas da sua actividade catalítica. Outro lado da sua actividade é a arte. As representações gráficas de estruturas moleculares são deslumbrantes.

"Baby boom" dos pandas

Parece que o projecto de reprodução em cativeiro do panda gigante está a ser um sucesso. Pode ser assim recuperada uma espécie simbólica com um destino de extinção já anunciado. Faltará depois cuidar do habitat pois, apesar de ser importante manter animais em cativeiro numa perspectiva de educação ambiental e também de investigação, não servirá para nada recuperar espécies sem o seu habitat para ser possível manter populações selvagens. Ora o habitat do panda gigante também está ameaçado e a sua recuperação é difícil. A sua alimentação é à base de bambu que tem um ciclo de vida fora do comum: a floração ocorre simultaneamente em todos os indivíduos e a intervalos de tempo que podem ir dos 20 aos 100 anos, sucedendo-se, depois, a morte. Esta vulnerabilidade do habitat é assustadora, restando a esperança do empenho das autoridades chinesas na manutenção de parques naturais para contrariar a desflorestação galopante num país com crescimento económico vertiginoso.

Outro problema é o da consanguinidade. O cruzamento genético entre um reduzido número de indivíduos pode levar a um elevado grau de homozigotia. A ecologia molecular estuda a diversidade genética em casos como este, usando ferramentas de biologia molecular. Há dados que apontam para uma diminuição da diversidade genética (ver aqui e aqui). Apesar de tudo este pode vir a ser um caso de sucesso e servir de exemplo para outras situações como o lince ibérico.

Retrato de família

Ainda não sabemos se deveremos incluir os Neandertais na nossa família; um debate que, como noticia o Público, tem 150 anos. Agora a discussão regressa em força com a publicação da sequenciação e análise de DNA genómico Neandertal. Na Seed vem também uma referência ao assunto, incluindo resultados da análise de sequências genómicas nucleares, em particular de um gene envolvido na regulação do tamanho do cérebro. Nesta análise, o grupo de Bruce Lahn da Universidade de Chicago encontrou uma variante do gene cuja distribuição geográfica predominante (Europa e Ásia) e o tempo de isolamento em relação a outra variante em populações separadas (1 milhão de anos, o que é consistente com a separação dos Neandertais dos humanos modernos), sugerem que houve cruzamento, ou seja, sexo entre neandertais e humanos modernos.

A par da eliminação de uma espécie por outra semelhante, o confronto entre espécies na história natural também pode envolver sexo. Afinal são todos humanos!

Genoma sequenciado

Desta vez é o do ouriço marinho (Strongylocentrotus purpuratus).
(Foto: Tomasz Sienicki)

A senescência vista do espaço

Todos os Outonos, pelo menos desde que subscrevi o serviço Earth Observatory, a NASA mostra fotografias de regiões dos EUA com maior densidade de árvores caducifólias tiradas no Outono e no Verão. Como se pode ver nas fotografias da NASA, é um espanto!

A questão biológica da caducidade das folhas permanece ainda um mistério. As árvores não são propriamente um bom modelo biológico no que diz respeito à manipulação laboratorial. As hipóteses que se poderão colocar, por exemplo relacionadas com a protecção contra insectos ou contra radiações por parte dos pigmentos que surgem após a degradação da clorofila são, por isso, difíceis de testar. Menos misterioso é o fenómeno celular e molecular da senescência que tem pontos em comum com fenómenos como a morte celular programada (apoptose), especialmente nos danos do DNA (comprimento dos telómeros) que o induzem ou o ataque oxidativo de radicais livres a macromoléculas. Assim, a senescência celular pode ser vista como a paragem na divisão (inibição da progressão do ciclo celular), permitindo que os mecanismos de reparação de DNA, por exemplo, entrem em acção. Se não resolverem o problema, então ocorre apoptose.

"Vale a pena ir seguindo o caso" VI

Do FísicosLX, uma conversa de Richard Dawkins com um pastor norte-americano. O final é previsível...

Post didático

Uma animação de um dos manuais aconselhados (Lodish et al., Molecular Cell Biology, Freeman) representando detalhadamente a transcrição, processamento de mRNAs e tradução. Muito útil para se perceber a dinâmica destes processos dentro da célula.

"Vale a pena ir seguindo o caso" V

Agora é uma notícia de um país muçulmano, a Turquia. Tendo em conta que este é o único país muçulmano em que o estado é laico, será de prever que este é o melhor exemplo de ensino oficial de biologia no mundo islâmico. É também perturbadora a referência à sondagem da Science em que aparecem os EUA e a Turquia com menor aceitação do darwinismo, de um universo de 34 países.

Jornadas de Biologia Aplicada

São as VIII jornadas que os alunos do 4º ano de Biologia Aplicada da Universidade do Minho organizam. Já estão a fazer história com mais um programa ambicioso. Desta vez darei o meu modesto contributo num painel que promete (Sistemas em Biologia: Moleculares e Celulares).

"A Short History of Nearly Everything"

Seria de esperar pelo título uma obra demasiado ambiciosa - do género contar tudo desde o Big Bang até hoje - mas não. Com uma técnica de escrita irrepreensível, bem evidente no fim de cada capítulo, em que adianta um bocadinho do capítulo seguinte para aguçar o apetite e manter a curiosidade sempre viva ao longo da leitura, Bryson descreve as grandes revoluções científicas, com particular destaque para a Física, Geologia e Biologia. Por isto, este livro é uma excelente introdução para os interessados em história da ciência. O que acho que distingue esta obra é a perspectiva com que é contada esta história ao dar ênfase às pessoas (não há praticamente referência a nenhum cientista sem um enquadramento biográfico, muitas vezes com classificações menos abonatórias em termos de qualidades humanas). Também os lados menos visíveis da ciência são aqui referidos sem pudor e que me surpreenderam, como por exemplo as medições que são feitas em astronomia de que resultam, muitas vezes dados pouco robustos (não é só na biologia...). Naturalmente, tal como transparece da obra, não se trata de fraude mas de dificuldades técnicas nas medições ou na raridade de dados como é ilustrado de forma totalmente aberta nos capítulos dedicados à evolução que deu origem ao Homo sapiens.

Para os não entendidos nos assuntos científicos esta obra tem a grande virtude de retratar a ciência e os cientistas sem nenhum tipo de idolatria ou sacralização e sem linguagem técnica avançada. A leitura chega a ser divertida devido ao grande número de hstórias deliciosas como a da opinião de um reputado editor sobre a Origem das Espécies, no Outono de 1859, desaconselhando a publicação com a crítica de que o assunto era demasiado restrito para um público vasto e que Darwin deveria escrever sobre pombos. O livro acabou por ser editado em Novembro e a primeira edição de 1250 cópias esgotou no primeiro dia em que foi posta à venda (nunca esteve sequer fora de edição até hoje!).

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.

Nova fonte de células estaminais

A partir de embriões que pararam as divisões celulares Miodrag Stoijkovic e colaboradores criaram uma linha celular de células estaminais. O problema ético que pode ter sido ultrapassado com esta abordagem é o da possibilidade de destruição de uma vida humana em potência, uma vez que o embrião de que se partiu poderá ser considerado morto. Tal como é referido na notícia, há, no entanto, objecções baseadas na possibilidade da manutenção em laboratório desencadear a paragem de divisões do embrião e, obviamente, por ser difícil de determinar a sua morte (aparentemente a paragem de divisões celulares não será indicador seguro de morte embrionária).

A sensação que dá é a de nunca se conseguir uma abordagem completamente imune às críticas. Pode ser que se chegue lá; este pode ser o início. Há, no entanto, países como a Grã Bretanha que permitem o uso de embriões excedentários da tecnologia de fertilização in vitro como fonte de células estaminais. Previsivelmente, os países em que predomina a religião Católica Romana e, claro, o Vaticano opõem-se, com a curiosa excepção da Alemanha. É interessante também notar a frontalidade e sinceridade de Mariano Gago na sua abordagem na defesa da investigação em células estaminais embrionárias aquando da discussão na União Europeia para a decisão do seu financiamento:

Making an impassioned plea before the vote, the Portuguese science minister, José Mariano Gago, said: "I hope that none of the colleagues will ever need treatment which does not yet exist for dementia or Alzheimer's. If you find yourself in such a position, I hope you will be able to say you did not stand in the way of such research."

Coisa rara em políticos portugueses em Portugal!

"Vale a pena ir seguindo o caso" III

No seu post mais recente no Blasfémias, intitulado incorrectamente (acho eu) "Evolucionismo vs. Criacionismo: o estado do debate II", João Miranda coloca o evolucionismo em confronto com o criacionismo, mas aquilo que se limita a dizer é considerar que a ciência não é exclusivamente empírica (concordo), havendo uma componente racionalista importante (também). Sinceramente, continuo sem saber aonde é que entra aqui o criacionismo (por isso é que acho que o título está desadequado). Não sei se consciente ou inconscientemente, nesse texto não aparece uma única vez a palavra Deus, o que é de estranhar uma vez que é duma divindade inteligente e criadora do universo e da vida de que se fala quando se evoca o criacionismo.

Em conjecturas puramente teóricas poder-se-á chegar a um desígnio inteligente, a Deus, mas é no confronto com observações, com dados colhidos na experimentação que as conjecturas vão ser postas à prova. No caso do evolucionismo (quando evocado, fala-se de darwinismo), o avanço tremendo das ciências biológicas desde os finais do século XIX, passando pela biologia celular e genética (teoria cromossómica da hereditariedade, por exemplo) e biologia molecular (descoberta da estrutura do DNA, as mutações dos genes, transcrição, tradução, etc) até à genómica (com o advento da tecnologia de sequenciação de DNA em larga escala), o modelo que lhe é subjacente não sofreu praticamente nenhuma beliscadura. Tanto assim é que passou a falar-se de neodarwinismo porque o modelo criado por Darwin foi tão robusto não só resistiu à evolução científica como englobou os novos conhecimentos, a anos-luz de distância do conhecimento científico da sua época. É esta a força da ciência, os modelos teóricos ou conseguem explicar as novas observações (cada vez mais com técnicas analíticas mais refinadas) e mantém-se válidos, ou não os conseguem explicar e são postos de lado. Corrijam-me se estiver errado, mas nunca vi um único dado científico que sugerisse o criacionismo. E não vale avançar com o criacionismo quando se apontam "fragilidades" no evolucionismo; é que o evolucionismo afirma-se pela positiva (as observações vão-no corroborando) e aquilo que me é dado ver é a afirmação do criacionismo pela negativa, ou seja por enumeração de observações que eventualmente não sejam integradas no evolucionismo sem, porém, o refutar.

Em todos os textos científicos que me passam pela frente na minha actividade diária (e suponho que em todos os textos científicos sujeitos credíveis), nunca aparece a palavra Deus ou expressões como "criação espontânea", "desígnio inteligente" ou qualquer expressão que manifeste um propósito existencial duma proteína, de um indivíduo ou de uma espécie. E no entanto a ciência avança!

"Vale a pena ir seguindo o caso" II

Confesso que não conheço "a longa história de debates sérios sobre" o criacionismo. Podem argumentar contra a minha posição que eu reconsiderarei se me convencerem, mas chamar ao criacionismo um "assunto intelectualmente sério" parece-me claramente um exagero (no mínimo). E depois não percebo a ligação entre o baixo número de candidaturas de estudantes para alguns cursos de ciências e o criacionismo.

Será melhor esclarecermos as coisas: uma coisa é ciência e outra é fé. A crença numa entidade inteligente criadora do universo e da vida é um assunto religioso, de fé. Não o questiono, pois a fé tem que ver com a consciência de cada um. Em ciência não há recurso a um ser inteligente. Criam-se modelos para tentar explicar as observações. Enquanto os modelos conseguirem explicar as observações e até possibilitarem prever resultados de experiências, serão válidos. Quando deixam de explicar as observações, fica-se num impasse mas recorre-se a outro modelo (nunca a Deus). É verdade que os modelos científicos não são perfeitos, mas daí a ver neles Deus (criacionismo) vai uma grande diferença.

O que me assusta nisto tudo não é os dados científicos serem discutidos e até rebatidos. É, sim, a classificação do criacionismo como algo cientificamente válido como parece ser a atitude de João Miranda. Daqui até começarem a fazer pressão para que o criacionismo seja ensinado nas aulas de ciências, é só um passo. Se me impuserem isso, desobedeço ou emigro.

"Vale a pena ir seguindo o caso"

É assim que termina a crónica de hoje (sexta-feira, dia 8) de Vasco Pulido Valente no Público dedicada à discussão do criacionismo promovida pelo Papa Bento XVI. Estava convencido de que este fosse um problema exclusivo dos EUA em que conceituados cientistas e sociedades científicas travam uma batalha contra o ensino do desígnio inteligente em aulas de ciência. Esta iniciativa papal poderá dar força a alguma espécie de movimento de pressão para que se comece a questionar o ensino de ciência nas nossas escolas. A avaliar pelo artigo, no mesmo jornal, de Jónatas Machado, o poder de argumentação retórica na negação do método científico é grande. Numa sociedade em que abunda iliteracia e desinteresse pela ciência como a nossa, o criacionismo pode ir ganhando terreno. O artigo de J. Machado é um exemplo típico na defesa do desígnio inteligente. A explicação de todas as observações sobre história natural (registo fóssil, homologia de sequências de genes e proteínas entre seres vivos, por exemplo) com base num modelo que não pode ser testado (ser superior inteligente que criou e supervisiona a evolução), tem sido refutada desde há algumas décadas por Karl Popper. Não vale a pena refutar ponto a ponto as barbaridades científicas do artigo mas há uma frase de J. Machado que diz tudo: "As mutações e a selecção natural operam em informação preexistente, estando longe de explicar a origem da vida e a transformação de moléculas em pessoas" (o negrito é meu). Parece-me ver aqui implícito um vazio existencial pelo facto de nós, humanos, afinal podermos ser constituidos por matéria que também faz parte do resto do universo.

É perigoso este discurso dogmático embrulhado em argumentação científica manhosa (em que não faltam expressões típicas da gíria científica; fica bem). Vasco Pulido Valente tem razão: "Vale a pena ir seguindo o caso".

Células estaminais embrionárias sem problemas éticos?

As barreiras éticas à manipulação de embriões humanos com vista à obtenção de células estaminais embrionárias ficam agora fortemente diminuidas com a possibilidade de as colher quando o embrião tem 4 a 8 células sem comprometer a sua viabilidade (de modo semelhante ao procedimento para teste de doenças genéticas) e de se manterem em cultura (mais de 8 meses de acordo com o estudo publicado na Nature) com cariótipo normal e manutenção da expressão dos marcadores de pluripotência. No entanto parece que ainda há reservas a nível ético porque estas células têm o potencial de produzir novos embriões...

The major transitions

A tese de John Maynard Smith e Eors Szathmáry é a de que a evolução depende de mudanças da informação que é transmitida entre gerações; as "major transitions".
São elas:
moléculas replicadoras - populações de moléculas em protocélulas
replicadores independentes - cromossomas
RNA como gene e enzima - genes de DNA e enzimas proteicas
procariontes - eucariontes
clones assexuais - populações sexuais
organismos unicelulares - animais, plantas e fungos
indivíduos solitários - colónias com castas não reprodutivas (formigas, abelhas e térmitas)
sociedades de primatas - sociedades humanas (linguagem)
Em todas estas transições há alterações na informação hereditária que é coincidente com passos evolutivos marcantes na história natural. É isto que em "The origins of life" (Oxford University Press, 1999), destinado ao público em geral, os autores apresentam numa escrita clara, precisa e de um rigor científico extremo (um exemplo excelente numa obra de divulgação geral). É notável o cuidado posto na análise de cada transição, decompondo-a em passos simples (pois a evolução é gradual), e a avaliação das vantagens evolutivas em cada um desses passos sem, por exemplo, cair na tentação de justificar cada passo com a vantagem atingida no final de toda a transição (afinal no processo evolutivo não há capacidade de previsão duma possível vantagem que possa advir de vários passos evolutivos em cadeia). Apenas a parte destinada ao surgimento do sexo me pareceu pouco clara. Ainda não li a obra que lhe deu origem "The major transitions in evolution" (Oxford University Press, 1995), destinada a um público com conhecimentos de biologia, mas já está na lista de leituras.

Investigação em células estaminais

No excelente Crítica na Rede (Revista de Filosofia e Ensino), sob a direcção de Desidério Murcho, um ensaio de Lisa Bortolotti e John Harris em que se defende a "permissibilidade da investigação em células estaminais". Como tudo o que surge no Crítica na Rede, um ensaio intelectualmente estimulante.

Tradução da autoria de Claudino Caridade do original publicado no Reproductive BioMedicine Online, Vol. 10, Sup. 1, 2005, pp. 68–75.

Xgrid@Stanford

Neste projecto são mais de 500 computadores (estatística de Setembro de 2005) em rede para criar um modelo das mudanças conformacionais do receptor beta2 adrenérgico sediado no Departamento de Fisiologia Molecular e celular da Universidade de Stanford. Baseia-se na aplicação Xgrid criada pela Apple para estes sistemas de computação distribuída. Há universidades que criaram estes sistemas para aproveitar os computadores do Campus quando não estão em uso e dedicá-los à computação aplicada na investigação. Outra aplicação é o cálculo @home de que o SETI@home e Folding@Home, com software rival, são exemplos. Para o Xgrid@Stanford até já há um Widget para se saber a actividade do processador dedicada à tarefa e que foi criado por dois conhecidos estudantes de pós-graduação Mac-fanáticos e já premiados pela Apple.

O mundo dos micróbios é um mundo!

No alerta periódico que recebo da Molecular Microbiology dei com um artigo que me chamou a atenção sobre uma alternativa ao ciclo do glioxilato. No resumo é descrito numa maneira simples e clara o problema do anabolismo quando os substratos orgânicos são metabolizados via acetil-CoA. Foi Kornberg e Krebs em 1957 quem elucidou o mecanismo de assimilação através da via do glioxilato. O problema científico que é abordado no trabalho que deu origem ao artigo é o da bactéria Rhodobacter sphaeroides, à semelhança de outras, não possuir a enzima chave deste ciclo que permite a utilização de acetil-CoA: a isocitrato liase. Os autores (Alber, Spanheimer, Ebenau-Jehle e Fuchs) demonstraram a existência duma alternativa ao ciclo do glioxilato nesta bactéria, recorrendo a mutagénese por transposões e a electroforese bidimensional. Este sistema biológico promove a conversão de acetil-CoA, juntamente com dióxido de carbono, em L-malil-CoA e succinil-CoA.

Isto deixou-me a pensar na diversidade metabólica das bactérias. Foi S.J.Gould que referiu que elas representam a história de maior sucesso evolutivo. Pesquisei um pouco sobre R. sphaeroides e verifiquei que a diversidade metabólica pode residir numa só espécie; é capaz de fotossíntese, litotrofia, respiração aeróbica e anaeróbica e fixar azoto molecular. Espantoso ainda é possuir 2 cromossomas, sugerindo ancestralidade na diploidia. Além dos cromossomas, possui 5 outros replicons. O seu genoma já foi sequenciado e já se encontrou duplicação de segmentos e divergência de genes em cromossomas diferentes. Este é um modelo biológico que promete.

Isto pode ser útil!

Acabado da sair na Bioinformatics um artigo (Klekota, Roth and Schreiber. 2006. Query Chem: a Google-powered web search combining text and chemical structures. Bioinformatics. 22:1670-1673) sobre a criação do Query Chem, um programa de pesquisa na internet de compostos com base em texto e/ou estrutura química. Pode-se fazer a pesquisa desenhando uma estruttura molecular numa aplicação incorporada no Query Chem.

Mais Wikis

As potencialidades de edição de conteúdos na internet, com os wikis, já alastraram, há muito, à área científica. Baseados no software MediaWiki encontra-se o Wikispecies (na imagem com a página referente a Saccharomyces cerevisiae) que pretende ser um directório de espécies e o OpenWetWare a que já me referi aqui. Baseado no UniWakka há o ChemWiki sobre química. O OpenWetWare tem-se mantido e tem aumentado os conteúdos, incluindo agora a divulgação de cursos, grupos de investigação, software e de discussão para além do que já tinha: protocolos, estirpes, vectores de clonagem, etc. Aqui está uma ferramenta de trabalho utilíssima em que participa um dos animadores do Conta Natura e do Blogs de Ciência!

O guardião do genoma

Esta é uma das designações para a proteína p53 (representada na figura) devido ao seu papel múltiplo na regulação do ciclo celular, na morte celular programada (apoptose) e na manutenção da estabilidade genética. Em cerca de metade dos cancros humanos o gene que codifica esta proteína está mutado (daí a classificação em gene supressor de tumores). Basicamente, esta proteína participa na verificação do bom estado do genoma, fazendo com que, se não há erros detectados, a célula progrida no ciclo celular (entrada na fase S - de síntese de DNA). Deste modo tudo corre bem; o DNA está em bom estado, logo pode ser replicado para a célula se dividir e a informação genética das duas células formadas ser igual. Se há erros no DNA, a p53 participa na paragem do ciclo celular, permitindo a actuação dos mecanismos moleculares de reparação de danos de DNA. Se estes não repararem o DNA (em caso de danos extensos, por exemplo), então a p53 participa na indução da apoptose, ficando o organismo livre daquele problema.

Uma das características das células tumorais é a de basearem o metabolismo energético na glicólise em vez de procederem à respiração. Com isto ganham vantagem em relação às células não tumorais, pois, apesar de ser um processo menos eficiente energeticamente, a glicólise permite a disponibilização de energia (ATP) rapidamente para um desenvolvimento rápido (o chamado efeito Warburg). As leveduras têm um efeito semelhante (efeito Crabtree) que é caracterizado pela realização de fermentação (alcoólica) mesmo na presença de oxigénio. Aqui também há uma vantagem na competição por nutrientes, por exemplo em mostos de vinhos, em que a população microbiana é diversa. A Saccharomyces cerevisiae usa a esperteza de fermentar rapidamente os açúcares, diminuindo a sua disponibilidade para outros microrganismos que os poderiam respirar e, simultaneamente, produzir o veneno etanol que toleram melhor que os outros.

Tudo isto vem a propósito da publicação na Science de um trabalho em que se apresenta uma relação entre a p53 e respiração mitocondrial. Matoba e colaboradores observaram que a inactivação do gene SCO2, um regulador do complexo citocromo c oxidase (essencial para a respiração aeróbia nas mitocôndrias) provoca o mesmo desvio no metabolismo energético que a inactivação do gene que codifica para a p53. Cá está, mais um processo em que a p53 estará envolvida: regulação do efeito Warburg. Na verdade, isto está tudo ligado uma vez que a apoptose pode ser induzida por sinais endógenos como a libertação da citocromo c oxidase das mitocôndrias.

Estou a chegar ao fim da peregrinação

Uma visão peculiar da evolução em que, tomando-se como ponto de partida o ser humano moderno, se vai "caminhando" para trás, passando-se por encontros nos pontos de divergência evolutiva em que se encontra o antepassado comum (designado concestor de common ancestor). É esta a estrutura do mais recente livro de Richard Dawkins, The Ancestor's Tale; A Pilgrimage to the Dawn of Life, Phoenix, 2004. São 39 os encontros (rendez-vous) até às eubactérias. O modelo foi tirado dos Contos de Canterbury de Geoffrey Chaucer, peregrinação em que cada peregrino conta dois contos dos quais se tiram lições morais. Em tudo, R. Dawkins obedece a este "modelo": a cada rendez-vous conta histórias respeitantes aos organismos e ao grupo filogenético que acaba de se nos reunir e dos quais ficamos a saber um pouco mais e tiramos lições (não são morais mas sobre o sentido da evolução, da selecção natural, biologia molecular e de história natural).

Quando percorria as páginas do rendez-vous 38 referente ao encontro dos eucariontes com as arquebactérias, senti duma maneira nova a longa caminhada já percorrida desde os encontros com outros primatas, mamíferos, répteis, anfíbios, peixes, fungos, plantas.... Será pela abordagem (história contada em sentido cronológico inverso o que nos obriga a repensar e reestruturar tudo aquilo que sabíamos), pela escrita clara, precisa e rigorosa (as descrições dos átomos e respectivos isótopos e o seu percurso no planeta quando explica os métodos de datação com base nos isótopos radioactivos são sublimes) e até pela extensão (cerca de 600 páginas na versão paperback inglesa) que nos leva a estar "mergulhados" nesta lenta peregrinação ao longo de muitas sessões de leitura e ter alguma percepção da escala de tempo geológico (demasiado grande para a nossa curta existência como indivíduos e espécie) e também tomar consciência dos caminhos que a evolução trilhou. Há muitos rendez-vous em que a data e até os organismos com que nos encontramos não estão bem determinados, em especial para os últimos, ou seja, nas primeiras bifurcações evolutivas. Nestes casos, R. Dawkins dá-nos uma visão mais pessoal em conjunto com reflexões sobre os métodos de estudo em paleontologia: registo fóssil, datação radioactiva e abordagens moleculares de homologias de sequência entre genes e proteínas (está sempre presente o cruzamento de dados entre as abordagens "clássicas" e moleculares). Um exemplo é a explosão do Câmbrico em que a datação molecular não "concorda" com os outros métodos porque para acontecimentos muito antigos (mais de 500 milhões de anos), os erros dos métodos dão margens que, mesmo geologicamente, não são de desprezar. Aqui a grande discussão é entre a ausência de explosão (a diversidade que aparentemente surge neste período virá de facto de um passado que não deixou registo fóssil), explosão de diversidade (a diversidade surgiu de um dia para o outro na escala geológica) defendida por Stephen Jay Gould (A Vida é Bela, Gradiva) e o meio termo que se baseia precisamente nas margens de erro das datações. De uma maneira talvez pouco sensacionalista (pelo menos para mim após a leitura, há alguns anos, do livro de S.J. Gould com a sua capacidade de fascinar), mas eventualmente mais realística, R. Dawkins rejeita a hipótese da explosão.

Os aspectos distintivos dos seres que se encontram, à medida que se percorre o tempo para trás, são cada vez mais em pequena escala. Por exemplo, antes do encontro com os Sauropsides (englobando aves e os répteis como cobras, camaleões, crocodilos e tartarugas), encontramos organismos com características mistas, "macroscópicas", de mamíferos e répteis como a existência de cloaca, mandíbula inferior de um só osso, pêlo e postura de ovos. No encontro com as arquebactérias, as características já são a existência de núcleo e outros organelos nas células. Agora que estou em Canterbury (nesta parte final da peregrinação não há rendez-vous, é a origem da vida), a discussão anda à volta do primeiro replicador; a primeira molécula que, ainda sem existência de sistemas celulares, tem a capacidade de produzir cópias de si própria. Ou seja, no fim (início da história natural) temos química. Aqui a discussão feita por R. Dawkins sobre o mundo de RNA é à altura daquilo que nos habituou. A caracterização que faz do primeiro replicador é simplesmente notável. Está lá tudo: o erro (sem o erro na cópia não há variabilidade e sem esta não há evolução pois não há possibilidade de adaptação às condições ambientais em mudança), os constrangimentos das dimensões dos genomas (o que explica porque é que os genomas de RNA estão confinados a vírus devido à elevada taxa de erro de cópia do RNA) e o problema do ovo e da galinha para o primeiro replicador (a necessidade de proteínas para a replicação do DNA e a necessidade de DNA para haver proteínas).

Poder-se-à criticar que a história natural contada por Dawkins não é novidade, sendo a única originalidade o facto de ser contada ao contrário (o que acho que já é interessante por causa da nova perspectiva que isso provoca). No entanto, as histórias dos peregrinos que contavam na obra de Chaucer são aqui utilizadas como pretexto para reflexões sobre história natural e as abordagens técnicas em paleontologia, que neste contexto adquirem um sentido que nunca tinha experimentado.

A ler, absolutamente.

"RNA world"

É um mundo o RNA! Já lá vão os tempos do espanto perante a versatilidade funcional como molécula portadora de informação, como molécula estrutural (em ribossomas, por exemplo) e como catalisador (ribozimas), que permitiu atribuir-lhe o papel de primeiro replicador para ultrapassar o dilema do ovo e da galinha (analogia empregue ao DNA e proteína na disputa de primeiro replicador nos primórdios da vida na Terra). Também já passou a incredulidade inicial do fenómeno de interferência de RNA em que pequenas moléculas de RNA, com complementaridade de sequência para um determinado mRNA, associam-se por emparelhamento de bases e desencadeiam a degradação do mRNA alvo, promovendo o silenciamento de genes que poderão ser de organismos invasores. Surge agora o piRNA (Piwi interacting RNA) encontrado nos testículos de ratos e humanos que parece estar envolvido na divisão meiótica que dá origem aos gâmetas masculinos.

Há também o "rumor" que há RNAs a desafiar as regras da herança genética. Este é um assunto a explorar uma vez que o artigo está disponível apenas para subscritores Premium da Nature. Mas pronto, já nada me espanta!