Panela de pressão

Foto: NASA, JPL-Caltech, UMD, EPOXI Mission

O cometa Hartley 2 no APOD. À medida que se aproxima do Sol, aquece e torna-se activo. Os jactos de bolas de neve de dióxido de carbono podem ser vistos também aqui.

O teu genoma está cheio de lixo!!!

Na verdade é o teu, o meu, enfim o de todos nós. O DNA repetitivo contribui com cerca de 50% do nosso genoma. Deste "junk DNA" nem todo será verdadeiro lixo porque, embora não seja codificante (obviamente), há muito DNA repetitivo com funções estruturais e funcionais que são fundamentais na dinâmica do cromossoma na replicação (origens de replicação), integridade estrutural na replicação das extremidades (telómeros) e na segregação mitótica (centrómero).

Vem tudo isto a propósito do blogue Sandwalk (gostei no subtítulo do "skeptical biochemist"), onde descobri este post em que Laurence Moran (o autor; Universidade de Toronto) descreve os LINEs (cerca de 500.000 cópias) e SINEs que se encontram no nosso genoma. O genoma parece um computador nas mãos de um utilizador desleixado que nunca elimina os ficheiros e aplicações que já não utiliza nem faz desfragmentação do disco. Ou seja, fica lá tudo o que por lá passou. O desktop deve estar cheio de ficheiros tal como o meu...

Fluxo electroosmótico

Reparem na diferença após a aplicação do campo eléctrico.

E agora todo o procedimento num só vídeo

E agora com imagens reais

O vídeo não é comentado; tentem identificar os passos do procedimento.

Animação sobre Western blot

Complemento das aulas de Bioquímica Analítica para ajudar a compreender a análise Western.

Há quase 11 anos!

Crédito: Mars Exploration Rover Mission, JPL, NASA

You are the eyes of countless humans: Opportunity rover na procura de vida extraterrestre.

BSA

A bovine serum albumin (607 aminoácidos; 66,4kDa; estrutura na imagem tal como aparece na Protein Data Bank) serve para tudo, desde preparação de soluções padrão para quantificar proteína em amostras, a adjuvante de reacções enzimáticas em biologia molecular e em imunoquímica para reacções antigénio-anticorpo. Estas são algumas das utilizações da BSA no laboratório.

O seu papel biológico também é diverso. É a proteína sérica mais abundante e que mais contribui para a pressão oncótica que permite o fluxo constante de fluídos do meio extracelular para a corrente sanguínea (há formas de edema que são causadas por proteinúria, por exemplo). Mas há mais, muito mais. É uma proteína com grande afinidade para o estabelecimento de ligações com pequenas moléculas e iões. Muitas destas moléculas são apolares e, assim, o seu transporte pela corrente sanguínea é feito sob a forma de complexos com a albumina. Como exemplos temos hormonas, ácidos gordos e bilirrubina.

Ao ligar fármacos administrados ao organismo modula a sua biodisponibilidade pois gera-se um equilíbrio entre a fracção solúvel no plasma (que depende da polaridade do fármaco e é a que está disponível para a ligação ao alvo terapêutico) e a fracção ligada à albumina (sem acção farmacológica). À medida que a fracção solúvel se liga ao alvo terapêutico, baixa a sua concentração no plasma e o equilíbrio adapta-se de modo a libertar moléculas do fármaco ligadas à albumina. Assim, os níveis plasmáticos mantêm-se constantes e o efeito terapêutico prolonga-se.

É claro que isto não é para sempre. Quando a fracção ligada à albumina já não compensa a que se liga aos alvos terapêuticos, os níveis plasmáticos baixam, podendo ficar abaixo da concentração mínima com efeito farmacológico. Antes disso acontecer, há que tomar mais um comprimido.

I'm back!

Após um longo período de silêncio, volto aos posts para os alunos. Desta vez são os de Bioquímica Analítica (licenciatura em Bioquímica).

Sejam bem-vindos!

Homogeneizador de lâminas. Quais são os problemas associados a este processo de homogeneização? Como é que se podem evitar?

Professor Baltazar

Um dos maiores cientistas de todos os tempos (uma homenagem ao Vasco Granja que marcou uma, ou mais, gerações de miúdos).

Koniec

SIGNAL TRANSDUCTION

Receptores celulares associados a proteína G

Papel do cálcio na contracção muscular

Sinalização celular

Serve para tudo, desde a simples indicação de se manter viva, de se alimentar (transportar glucose e metabolizá-la) e até para cometer suicídio. As células só fazem aquilo que lhes é indicado.

Lindas meninas! Bem comportadas!

G Protein Receptor

Laboratório virtual: How to set up a Southern Blot

Laboratório virtual: análise de reacções de digestão com enzimas de restrição

Electroforese de DNA em gel de agarose

DNA and enzyme interact

Corte de DNA "live"!

"Green-beard gene" em levedura

Saccharomyces cerevisiae (foto: Masur)

O gene FLO1 responsável pela floculação (agregação de células) da levedura nas fermentações, parece ser o exemplo mais perfeito de um gene "green-beard". Este conceito foi introduzido por WD Hamilton e os exemplos são raros. Aparentemente, a levedura como micróbio que é seria o candidato menos provável a esta distinção. Na verdade, o altruismo genético parece ser mais provável em organismos pluricelulares com organização social (abelhas, mamíferos, etc) do que no mundo microbiano.

C

"...fruit flies make beautiful experiments possible"

Numa época de upgrading de tudo o que é publicado (o comum "puxar a brasa à sardinha"), uma reflexão sobre a comunicação científica em comunicados de imprensa. Como foi sugerido por P.Z. Myers, e se a palavra "importante" fosse substituída por "belo"?

Helicase de emparelhamento "specifically designed"

Uma notícia que me chamou a atenção pelo interesse da descoberta de uma proteína que faz o papel inverso da helicase, ou seja, em vez de desnaturar DNA (separar as duas cadeias da molécula), o que ela faz é renaturar (emparelha as cadeias de DNA em cromossomas que apresentam desemparelhamentos). Proteínas que "mexem" no DNA como se fosse um elástico já se conheciam, desatando nós por exemplo, mas esta, a HARP, manipula o DNA duma forma que ainda não tinha sido previsto ser necessário. Depois de descoberta, é mais fácil imaginar uma função biológica como, por exemplo, a tensão mecânica acumulada por desenrolamento da molécula poder levar ao desemparelhamento em determinados locais das duas cadeias. Nestes casos a HARP corrige a molécula promovendo o reemparelhamento das cadeias.

Esta é a parte científica que me tinha chamado a atenção. O meu espanto, se calhar maior do que a descoberta da HARP, foi encontrar a seguinte frase:

The discovery represents the first time scientists have identified a motor protein specifically designed to prevent the accumulation of bubbles of unwound DNA, which occurs when DNA strands become improperly unwound in certain locations along the molecule.

Nesta frase está um erro científico que não deveria surgir, a menos que a entrega destes textos de divulgação esteja a cargo de pessoal sem formação na área científica (o que, mais uma vez, nunca deveria acontecer). Refiro-me ao "specifically designed" que remete a criação da HARP para uma entidade inteligente com capacidade de análise do problema do desenrolamento do DNA e de programar a formação de proteínas capazes de corrigir esse defeito. Essa entidade poderia ser Deus ou, até, a própria célula. Como se pode constatar, isto já não é ciência e a presença desta expressão num texto de divulgação científica transmite uma ideia totalmente oposta áquela que deveria ser veiculada: os sistemas biológicos são o produto da evolução e selecção natural de longos períodos de tempo à escala geológica por mecanismos de produção de variação, nomeadamente de proteínas, e de selecção daquelas que conferem uma vantagem competitiva. Neste contexto a HARP não foi especificamente desenhada para prevenir a acumulação de bolhas de DNA desemparelhado mas, sim, a actividade da HARP faz com que as células não acumulem bolhas de DNA desemparelhado. E pronto, a carga determinista desaparece. Esta pequena diferença na escrita faz uma diferença do tamanho do mundo nos conceitos científicos.

Não há mais

Parece que o tirolês que ficou preso num glaciar há 5300 anos pertencia a uma linhagem que se extinguiu. A análise do seu DNA mitocondrial determinou um haplogrupo que não se encontra nos europeus modernos. Enfim, ficou o seu corpo preservado no gelo para nos testemunhar esta linhagem sem sucesso. A nível molecular já bateu um recorde: o especimen de Homo sapiens mais antigo com o DNA mitocondrial sequenciado. Há muitas formas de atingir a fama; esta é original.

Fome, olfacto e longevidade

Foto: Keith Kbradnam

Vermes (Caenorhabditis elegans) com neurónios envolvidos na detecção de alimento afectados vivem mais apesar de se alimentarem normalmente (ver aqui e aqui, com um título bem explícito). Lá se vai a restrição calórica como processo de prolongamento do tempo de vida.

O que parece ser mais importante para um aumento do tempo de vida é a sinalização de falta de alimento. Por isso os vermes atingem tempos de vida prolongados tanto com restrição calórica como com etosuximida que inibe os tais neurónios cuja actividade está aumentada quando há presença de alimento (aquilo que corresponderá ao olfacto). Assim, parece que a sinalização de ausência de alimento (mesmo que mentirosa) induz o organismo um estado de adaptação que leva ao abrandamento do metabolismo, do crescimento e prolongamento do tempo de vida.

Afinal poderemos prolongar a nossa vida sem passar fome! No entanto, se for à custa da etosuximida, não tiramos muito proveito pois um dos efeitos secundários é a perda do paladar.

A treta do Magalhães (o computador, que o navegador não tem culpa nenhuma)

Estou a ficar convencido que há um processo de imposição do Magalhães nas escolas. O pior é que quem vai lucrar é o governo na sua campanha eleitoral, pois os utentes vão receber uma máquina obsoleta que, mesmo por 50€, me parece cara (é ver alguns comentários aqui). Bom, parece que vem aí uma versão nova com o processador atom. Vai sair mais caro (sem se saber quanto pois "não convém") nas lojas mas sem alteração de preço nas escolas, o que quer dizer que vai sair mais caro aos contribuintes.

Sou contra estas modas dos planos tecnológicos enquanto programas centralizados em gabinetes de instituições criadas em ministérios onde abundam burocratas que têm que justificar a sua existência com iniciativas deste género, ignorando que a adesão às novas tecnologias requer formação sólida de base em escolas, com computadores, claro. Parece-me que se está a deixar para segundo plano, no 1º ciclo, aprender as bases da leitura, escrita e matemática que dão as competências essenciais em toda a aprendizagem posterior. Eu que sou professor, constato diariamente esta falta de bases. Custava muito menos ao estado fornecer 30-40 portáteis (dos bons) a cada escola que seriam utilizados rotativamente por todas as turmas nas actividades de informática, do que andar nesta onda do choque tecnológico. Alguma vez pensaram que um miúdo com um computador na mochila é um alvo fácil para ser assaltado? E na escola, não haverá miúdos a roubar e a andar aos pontapés aos computadores dos colegas?

Estive a ver o site do portátil Magalhães e fiquei estarrecido com algumas pérolas como esta: "Uma das respostas que muitos leitores do blog têm feito, e que nalguma medida tem ficado sem resposta, dadas ainda algumas indecisões, prende-se com as ofertas específicas de Internet banda larga para o Magalhães" Não, não são as "respostas que muitos leitores do blog têm feito" (!), são as "algumas indecisões" sobre a internet. Isto tem muito que se lhe diga. O formulário que é entregue na escola aos miúdos para os pais preencherem tem, no campo inferior (ver figura), uma escolha de operador de comunicações e, depois, a escolha de opção de acesso à banda larga. Como é que o operador tem que ser escolhido se eu posso prescindir da banda larga? Só vejo uma resposta possível: por defeito, o computador vem com acesso à internet, sem ser por banda larga, e disponibilizado por um dos operadores que constam no formulário. Acontece que eu tenho internet por cabo da Bragatel; teria que ter uma segunda conta de internet? Nada disto é esclarecido no site do Magalhães nem é informado no documento fornecido pela escola juntamente com o formulário. E no entanto, já nos pedem para aderir...

A evolução humana em curso

A evolução da nossa espécie não parou e até parece ser acelerada por factores culturais. Este artigo da Seed aponta vários exemplos e o gene da tolerância à lactose é um deles.

Os trabalhos referidos nesse artigo baseiam-se no HapMap, um projecto internacional destinado a catalogar as semelhanças genéticas entre seres humanos. Apenas cerca de 1% do genoma humano tem variação entre indivíduos e é constituído em grande parte por SNP's (single nucleotide polymorphisms; polimorfismos de um só nucleótido). Estes parecem estar organizados, ou ligados, pois, para um dado alelo, os SNP's que estão mais próximos no cromossoma variam pouco numa dada população. Isto constitui um importante marcador genético de populações e de indivíduos.

Proteína verde fluorescente

Em cima: peroxissomas de levedura marcados com proteína verde fluorescente. Em baixo: as mesmas células observadas sem fluorescência (fotos: Rui Oliveira)

Um exemplo de investigação fundamental que resultou em aplicações práticas importantíssimas. Estas aplicações não são na vida comum do dia-a-dia mas na própria investigação em biologia. Passou a ser possível acompanhar visualmente proteínas e organelos in vivo ao longo do tempo.

Manter a tradição

Foto: MODIS Rapid Response Team, NASA GSFC

Após um longo período de pausa, retomo a actividade com um post recorrente no Outono: as cores das florestas nos EUA.

A face de um velho

Foto: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA NASA

Em silêncio, deixa o tempo passar devagar. A sua cara não esconde as marcas da idade que exibe serenamente.

Replicação de DNA

Embora seja de procariotas, esta animação e esta são excelentes para perceber a dinâmica deste processo. A do link tem vários modos de visualização: sem proteínas, com proteínas e até o modelo do trombone.

Tóquio

Foto: Image science &Analysis Laboratory, Johnson Space Center

O esplendor nocturno de uma megacidade. Não consigo evitar a associação à fabulosa manga pós-apocalíptica Akira de Katsuhiro Otomo.

Bacteriófagos

Fagos, para os amigos, os seres biológicos mais abundantes do planeta. Está hoje no APOD.

PCR

A reacção da polimerase em cadeia numa animação didática que dá a perspectiva da reacção a decorrer no tubo de ensaio.

A cicatriz bioquímica

Enquanto que para a extinção dos dinossauros, a cicatriz é a cratera ao largo da costa mexicana causada pelo impacto de um meteorito, o sulfureto de hidrogénio poderá ser uma cicatriz bioquímica da extinção em massa de há 250 milhões de anos. Na verdade, este composto poderá explicar o sucesso dos sobreviventes desta catástrofe. Está na Seed.

"Transdução" de sinal

A passagem de um sinal do exterior celular para a alteração bioquímica, morfológica ou funcional de uma célula é complexa devido à estrutura celular e aos mecanismos de regulação da expressão de genes.

Aqui está um exemplo da transmissão de um sinal para o núcleo, em que o alvo é um gene. Está no YouTube, para variar.

Olho no passado

Um artigo interessante sobre o passado evolucionário do olho da autoria do famoso blogueiro PZ Myers. Atenção aos alunos de Engenharia Biomédica para a referência à proteína G de que falaremos em breve.

Estruturas de proteínas

Um vídeo que ilustra as estruturas de proteínas numa maneira dinâmica e que ajuda a perceber os diferentes níveis de organização intramolecular das proteínas. Está no YouTube.

"Produtos interactivos de elevado impacto para o ensino superior"

Este é o compromisso da Sumanas, Inc que oferece uma série de animações de grande qualidade e rigor que ajudam imenso na percepção de muitas matérias da biologia (nomeadamente de Biologia Molecular e Celular).

Um exemplo é o ciclo de vida do HIV.

Enjoy.

Maravilhas do mundo submarino

O esquema da lula macho é delicioso!

Clonagem de humanos

Mais cedo ou mais tarde iria acontecer.

Eles andam por aí?

Um artigo interessantíssimo na Scientific American de Novembro sobre a possibilidade de haver formas de vida de origens independentes na própria Terra, verdadeiros aliens da Terra.

Se há determinismo biológico, então pode-se procurar vida extraterrestre na Terra, pois, nesse caso, a vida deverá ter surgido mais do que uma vez. A possibilidade de seres de uma origem serem eliminados por seres de outra origem não será provável pois se são origens de vida em locais com características diferentes, os seres resultantes de cada uma não iriam partilhar nichos ecológicos, logo, não competiriam entre si. Como exemplo (sem se tratar, obviamente, de aliens), pode-se referir a existência simultânea das arquebactérias associadas a ambientes extremos e as eubactérias mais normais em termos de habitat.

Se eles estão entre nós, e se são micróbios, então é muito difícil identificá-los. A morfologia é uma característica com baixo poder discriminatório e os métodos para detecção de formas de vida baseiam-se nas formas de vida que nós conhecemos (DNA, RNA, proteínas, tipo de metabolismo, etc), ou seja, os extraterrestres podem estar na amostra debaixo dos nossos narizes mas não os conseguimos detectar (este problema pode ter acontecido e ainda ocorrer em Marte). No artigo são discutidas algumas possibilidades de alternativas metabólicas e químicas para estes aliens. Um exemplo incrível é o Anaerovirgula multivorans um microrganismo com a capacidade absolutamente extraordinária de digerir nutrientes espelho (a conformação química é a imagem no espelho como por exemplo aminoácidos D em vez da forma L biologicamente universal, que não são utilizáveis por não terem capacidade de se ligar ao centro activo das enzimas do metabolismo). Este promissor alien afinal revelou-se um nosso companheiro de origem de vida, pois o seu metabolismo baseia-se em compostos com a mesma conformação dos restantes seres. A diferença é que antes de os metabolizar, converte os compostos espelho nas formas usuais (provavelmente com enzimas específicas para esta tarefa).

"Extraterrestres" que não são micróbios

Via Living the scientific life, um vídeo com imagens de seres das profundezas oceânicas com aspecto extraterrestre. Enfim, alguns não são nada estranhos, mas aqueles pulsos de luz que emitem são deslumbrantes. Naquela escuridão a única luz é a de origem biológica.

Passado húmido em Marte

A marca das rodas do Spirit revelou solo rico em sílica cuja origem pode ser associada a fontes hidrotermais. A novela da vida em Marte é daquelas de enredo prolongado.
Foto: Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (UMCP); APOD

"They are probably more clinically relevant than embryonic stem cells"

Os tecidos personalizados estão mais próximos de se tornarem realidade (notícias aqui e aqui). Com a introdução de 4 genes codificando para factores de transcrição foi possível induzir células da pele em células estaminais. Apenas a manipulação de factores de transcrição permitiu fazer esta alteração (para mais tarde fica o comentário a estes factores, assim que tiver acesso aos artigos).

Aparentemente, as células são mais fáceis de manipular do que se poderia imaginar. Se calhar é só "mexer" nos sítios certos!

A insónia de Michael Palin

Um estudo de caracterização fisiológica e bioquímica da adaptação dos tibetanos à altitude acaba de ser publicado (ver comentário aqui). Uma das adaptações tem que ver com a produção elevada de óxido nítrico causando vasodilatação e maior fluxo sanguíneo. Outra das adaptações dos tibetanos é a elevada quantidade de antioxidantes no organismo, que poderá estar relacionada com o potencial oxidante do óxido nítrico. Outro dado interessante é a elevada pressão sanguínea sem desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Um aspecto interessante do estudo é o de salientar a relevância de factores vasculares nesta adaptação em detrimento dos "tradicionais" factores hematológicos e pulmonares. Naturalmente, na capacidade respiratória os tibetanos são campeões. Afinal, este povo vive a 4500m de altitude! Quando Michael Palin realizou no Tibete uma parte das suas viagens na Ásia, houve um episódio em que não conseguia dormir porque inconscientemente estava a fazer uma frequência elevadíssima de inspirações e expirações, compensando o facto de ser um organismo do "nível do mar" a respirar o ar rarefeito dos 4500m de altitude.

"What's true for E. coli is true for an elephant"

Foto: biomorfos de R. Dawkins

Se não temos uma definição do que é vida como é que poderemos encontrar vida fora da Terra? E como é que poderemos definir correctamente vida se não temos um exemplo de vida extraterrestre (afinal, as formas de vida terrenas são todas à base dos mesmos modelos celulares e moleculares; foi Monod quem o disse "What's true for E. coli is true for an elephant.")

Na Seed , Carl Zimmer acaba de publicar um artigo sobre a problemática da definição de vida. Muito interessante a contribuição de filósofas como Carol Cleland da Universidade do Colorado. Sem a comparação com formas de vida não convencionais, como serão presumivelmente as extraterrestres (vida não darwiniana como por exemplo células com enzimas mas sem genes que se poderiam reproduzir por divisão), é muito difícil encontrar as características típicas de vida. Não será preciso sair da Terra para as encontrar num futuro próximo. Há muito trabalho já feito na área da biologia sintética. Vida sintética seria possível com um conjunto de genes essenciais à vida (Craig Venter outra vez) e vida sintética com base em RNA (Jack Szostak de Harvard Medical School).

A referência à obra seminal de Schrodinger não poderia obviamente ser evitada neste artigo. "What is life?", como é recordado por Zimmer, influenciou Watson e Crick (o DNA como um cristal aperiódico) e a futura disciplina científica Biologia Molecular.

Estranhos seres vivos do planeta Terra: Conan a Bactéria

Um herói, este Deinococcus radiodurans ou, como também é conhecido, "Conan a Bactéria". A alcunha (e o seu nome de espécie) não poderia ser mais apropriada. Algumas propriedades: suporta 3000 vezes mais radiação do que aquela suficiente para matar um ser humano, suporta condições extremas de secura, UV e stresse oxidativo. Por isso é classifcado como um poliextremófilo. Agora algumas das características do seu genoma/proteoma: o número mais elevado de proteínas não relacionadas filogeneticamente com outros organismos, com 19 famílias de proteínas únicas; elevada quantidade de sequências repetitivas; e tem quatro elementos cromossómicos em vez de um apenas como é comum em bactérias.

A capacidade de resistência a doses elevadas de radiação parece estar relacionada com o mecanismo de reparação de DNA que faz a montagem do genoma após fragmentação por radiação ionizante em doses elevadas. Craig Venter parece que já está a tentar explorar a capacidade de reparação de DNA desta bactéria para fazer Biologia Sintética.

Se há extraterrestres na Terra, aposto que é este.

Eis o Outono

Foto: NASA

Já me estou a repetir (no ano passado coloquei no Blogómica uma foto semelhante), mas não resisto a estas manifestações da biosfera que são visíveis do espaço.

O que é que a moral tem que ver com a ecologia e democracia?

Estes "meninos" deviam cruzar o seu genoma com o das bactérias, leveduras, moscas, ratos e outros para verem que não são assim tão especiais. O genoma sacrado deles é porventura menos digno que o do milho transgénico que querem combater que, pelo menos, não permite este tipo de barbaridades. Dou mais crédito a estes seres de que se diz serem transgénicos do que a pessoas que dizem ser seu objectivo "estabelecer a ordem ecológica, moral e democrática". Daqui não vem coisa boa de certeza, ao contrário dos transgénicos.

PS (post scriptum): este país é mesmo uma república das bananas; como é que a GNR permite este tipo de vandalismo nas suas barbas!

Raios cósmicos no DNA

Uma questão interessante sobre os danos de DNA induzidos por radiação é a sua distribuição na cromatina da célula atingida. Quando a radiação atinge o núcleo duma célula, o seu percurso é linear e os danos provocados pela sua passagem seriam constantes ao longo do seu trajecto (danos aleatórios) ou, pelo contrário, haveria uma distribuição não uniforme de danos nessa linha (danos não aleatórios). O que acaba de ser divulgado por Sylvain Costes e colaboradores corresponde a um pouco das duas situações. Com dados obtidos por electroforese em campo pulsado, microscopia de fluorescência (em que proteínas de reparação estão marcadas com fluorocromos) e uma análise da densidade de DNA no núcleo conseguiram determinar que os locais de reparação activa de DNA situam-se preferencialmente na eucromatina (especificamente na interface heterocromatina/eucromatina). Em termos físicos não há razões para que uma molécula (DNA) seja mais susceptível à radiação em determinadas regiões, considerando que este composto contém apenas 4 tipos diferentes de constituintes químicos (os nucleótidos A, T, G e C). Como a localização desses locais de reparação activa variou com o tempo após a exposição à radiação, a explicação avançada foi a de que os locais com danos são transferidos para as regiões menos densas em cromatina. Isto faz sentido pois, para a reparação, é preciso a actuação de enzimas que usam o DNA como substrato. Se o DNA estivesse compactado, as cadeias de nucleótidos não estariam à disposição para as modificações químicas. Aliás, a transcrição ocorre sempre em DNA descondensado, por fazer parte da eucromatina ou, caso contrário, por ser localmente descondensado. Ou seja, os danos são de facto aleatórios mas a distribuição posterior desses danos deixa de o ser uma vez que a cromatina tem um comportamento dinâmico de modo a permitir a reparação dos danos nas regiões menos condensadas.

Este trabalho tem a colaboração da NASA por motivos óbvios. Missões tripuladas a planetas próximos como Marte provocarão a exposição de seres humanos aos raios cósmicos durante mais de 3 anos. O trabalho publicado baseia-se na utilização de um modelo matemático que converte dados experimentais em imagens artificiais de microscopia.

A morte é certa

Envelhecer pode ser a mesma coisa para a Levedura (Saccharomyces cerevisiae), verme (Caenorhabditis elegans) e rato (Mus musculus), pelo menos a nível celular e molecular. Estes são os modelos experimentais mais usados em estudos de envelhecimento. Enquanto que o rato e, vá lá, o verme parecem ser próximos dos humanos (somos todos multicelulares), o caso das leveduras já será de estranhar. O que é que será envelhecer para um micróbio? O caso da apoptose é paradigmático. Os resultados que se obtêm com um determinado modelo experimental são, obviamente, condicionados pelo próprio modelo. Por isso, perante dados que apontam para a morte celular programada em leveduras, surge sempre a questão do significado biológico, sendo difícil de explicar a selecção desta característica em micróbios por falta duma vantagem conferida a um indivíduo que se suicida sem haver vantagem aparente para si (claro). No entanto são detectadas caspases e outros marcadores de apoptose em leveduras. É claro, que há sempre o argumento válido da vantagem da apoptose em micróbios estar por descobrir, sendo subtil quando comparada com a vantagem da apoptose em multicelulares pela vantagem do organismo em eliminar células com problemas genéticos.

O envelhecimento é bem mais fácil de explicar em micróbios, pois como qualquer ser vivo, estão sujeitos a degradação dos seus componentes (macromoléculas, organelos), deficiência funcional e, por fim, inviabilidade. O que é interessante é que a nível celular e molecular este processo parece ser extremamente bem conservado desde leveduras a humanos. Há trabalho publicado identificando o papel fundamental das mitocôndrias e o estado de oxidação das macromoléculas. Genes envolvidos em vias de regulação de utilização de glucose são homólogos na levedura, verme e mamíferos, sendo a sua inactivação resultante num prolongamento da longevidade (daí a célebre restrição calórica para prolongar a vida). Em comum também há genes envolvidos na resistência a stresse oxidativo. O caso da levedura é espectacular pois o aumento da longevidade pode ser até 3 vezes mais por activação de genes de resistência a stresse oxidativo (em simultâneo com a inactivação dos genes de consumo da glucose).

Em levedura estudam-se dois tipos de idade: idade cronológica medida pela capacidade das células manterem viabilidade quando se encontram em culturas em que a fonte de carbono e energia já se esgotou e a idade replicativa medida pelo número de células descendentes que produzem. Aqui a analogia com os humanos também é aplicada. Enquanto que a idade cronológica tem que ver com o envelhecimento das células do organismo humano adulto (em situações normais a maior parte delas em situação pós-mitótica (fase G0), a idade replicativa é análoga à viabilidade das células estaminais (as tais que fazem sempre mitoses para produzir novas células diferenciadas).

Selecção darwiniana em células artificiais

Não são verdadeiramente células mas gotículas aquosas, contendo um sistema de transcrição/tradução completo, dispersas num meio oleoso. Se cada uma destas "células" contiver um clone dum banco genómico, então em cada uma haverá expressão do(s) gene(s) correspondentes apenas a esse clone. Ou seja, neste sistema, cada gotícula distingue-se pelo seu genótipo cujo fenótipo poderá ser aproveitado para enriquecer a população em genes que codificam para proteínas específicas.

Zheng e Roberts da New England Biolabs (empresa de referência de reagentes para biologia molecular, particularmente em enzimas de restrição) usaram este sistema para seleccionar genes codificantes para enzimas de restrição. Como as enzimas de restrição cortam DNA em locais específicos, deixando extremidades nas moléculas que são compatíveis para ligação, o fenótipo é a quebra do DNA em que as suas extremidades são conhecidas; por expressão do gene na gotícula que codifica para a enzima de restrição, produz-se a proteína activa que, obviamente, vai cortar o "seu" gene. Ora isto só acontece nas gotículas que contêm esse gene. Assim, isolando o DNA total de todas as gotículas, Zheng e Roberts fizeram a reacção de ligação com adaptadores de DNA específicos para os fragmentos obtidos por acção da enzima de restrição (PstI, no caso). Posteriormente, fizeram PCR específico para esses adaptadores. Deste modo, amplificaram apenas o gene da PstI. Em 2-3 ciclos de expressão, isolamento de DNA, ligação com adaptadores e PCR conseguiram fazer com que esse gene fosse a única molécula de DNA no sistema.

Tomando a analogia com Darwin ao extremo, este sistema poderá ter aplicações no melhoramento de moléculas úteis em biotecnologia. É só desenhar um modelo de selecção conveniente e simples. Creio que Darwin nunca sonhou com selecção natural molecular.

Blake and Mortimer

Partilho com Pacheco Pereira um dos livros da sua vida, O Enigma da Atlântida do belga Edgar P. Jacobs que fui acompanhando, semana a semana, através da extinta revista Tintin. O primeiro que li, e que mais me marcou, foi A Marca Amarela. Talvez tenha sido por isso, mas foi certamente por ter sido publicada na Tintin a versão a preto e branco que realçava o lado obscuro de Londres permanentemente submersa em nevoeiro com que se confundia, vestido completamente de negro, o eterno rival da dupla de heróis: Olrik. Está lá a Londres da história de Jack o estripador e dos filmes do período britânico de Hitchcock. O clima da ameaça sobre a cidade (mais actual que nunca) é único.

Avery MacLeod McCarty, parte II?

Craig Venter acaba de anunciar a transformação de uma espécie noutra por transplantação do cromossoma de Mycoplasma mycoides em Mycoplasma capricolum. Isto é, M. capricolum passou a ser M. mycoides, tendo em conta a análise feita com recurso a anticorpos específicos de proteínas membranares de M. mycoides e por métodos bioquímicos (detecção e identificação de proteínas por electroforese bidimensional). É claro que o objectivo não foi o mesmo de Avery, MacLeod e McCarty, agora trata-se de fazer genómica sintética. E isto vai dar muito que falar!

Sinal dos tempos?

O facilitismo e politização da ciência denunciados por um professor britânico. Como ele diz, quando é assim não é ciência.

Não é só por cá...

(via http://www.openscience.org/blog/)

Acreditem, não tenho palavras...

Já tem alguns meses e é uma estupidez pegada, mas não resisto! O tom sensacionalista por vezes assemelha-se à realidade.

Farmácias em seres vivos

O que é que faz supor que um organismo poderá ser útil para um determinado fim? Que propriedades deve manifestar um organismo para, por exemplo, ser potencialmente útil na produção de novos medicamentos contra um determinado tipo de doenças? Estas são questões retóricas com impacto na estratégia de pesquisa de novas ferramentas com utilidade humana, tendo por base a investigação biológica. É claro que o conhecimento é tão vasto que é praticamente impossível delinear essas estratégias, exceptuando as óbvias de, como já referi aqui, pesquisar organismos hipertermofílicos para isolar enzimas úteis em processos industriais ou laboratoriais que envolvam temperaturas elevadas. Que fazer, por exemplo, no caso de pesquisa de novas drogas contra o cancro? Que propriedades que indiciem inibição de proliferação celular deveremos procurar em organismos nas suas relações ecológicas? Casos bem conhecidos são os do paclitaxel e do taxol que foram descobertos em testes de pesquisa de actividade anticancro de 30000 espécies de plantas (estes foram a partir do teixo que está praticamente extinto em Portugal - Taxus baccata). Aqui a estratégia foi a de pesquisa mais ou menos exaustiva em que se aproveita o facto das plantas serem produtoras de enorme variedade de compostos químicos no seu metabolismo secundário. Há agora uma nova abordagem: a metagenómica. Aqui não há a preocupação de isolamento de clones (em princípio, espécies) a partir do meio ambiente e depois pesquisar genes. O que se faz é pesquisar directamente os genomas do ambiente sem se saber a que espécie pertencem (bom, por análise de sequências de rRNA, por exemplo, pode-se chegar a saber). Mas a questão mantém-se: a partir de que ambientes se deve fazer esta abordagem com o fim de obter genes úteis no combate ao cancro (os exemplos anteriores aplicam-se também aqui, ou seja, se fizer uma abordagem metagenómica numa fonte hidrotermal obterei genes com interesse em aplicações que envolvam temperaturas elevadas).

O caso da Salinispora tropica é exemplar. Foi isolada originalmente de sedimentos marinhos nas Bahamas e verificou-se ser produtora de compostos promissores no tratamento do cancro (nomeadamente a salinosporamida A, já em ensaios clínicos). A pista que revela o seu interesse como potencial fonte de compostos com actividade farmacológica vem do seu genoma: tem uma proporção anormalmente elevada de genes envolvidos na produção de compostos com acitividade antibacteriana e anticancro (10% contra os normais 6-8%).

powers of 10 (thesimpsons)

Cool!!! O universo na cabeça do Homer Simpson!

Estranhos seres vivos do planeta Terra

Foto: Henry Aldrich

Temperatura óptima de crescimento: 100ºC; pressão ambiente óptima: 200atm. O seu nome é de meter medo: Pyrococcus furiosus. Ok, o pH óptimo é 7, o que é uma coisa "normal" que destoa com as condições de temperatura e pressão. Como se não bastasse, há mais uma condição extrema que este organismo consegue suportar: elevadas doses de radiação. O nome reflecte a elevada taxa de crescimento desta arquebactéria, apenas 37 minutos em condições ideais. O facto da pressão ser elevada faz com áquela temperatura a água não entre em ebulição e a temperatura faz com que não haja praticamente oxigénio dissolvido. É um anaeróbio obrigatório e foi originalmente isolado a partir de sedimentos marinhos aquecidos junto à ilha italiana de Vulcano. O seu genoma já foi sequenciado; tem 1.908.256 nucleótidos, 2.125 genes codificantes de proteínas e 103 genes de RNA.

As suas enzimas são termofílicas o que as faz potencialmente úteis em biotecnologia. A sua DNA polimerase, Pfu DNA polimerase, é usada em PCR. É termostável como a Taq DNA polimerase (de Thermus aquaticus, um organismo também termofílico) mas copia o DNA com mais fidelidade (1,3e-6 contra 8,0e-6; em frequência de mutação/par de nucleótidos/duplicação). Embora seja mais lenta (1-2 minutos por 1000 nucleótidos) que a Taq DNA polimerase, a Pfu faz parte das enzimas de elevada fidelidade de cópia, sendo por isso aplicada em clonagem.

Aposto que há muitos locais no Sistema Solar óptimos para este organismo.

Ambiente alienígena

A iniciativa Café Scientifique de discutir assuntos científicos em ambiente "não científico", como em bares e cafés, tem seguidores em Braga (parece que é o único da Península Ibérica). Parece-me estimulante fazer discussões científicas fora do ambiente formal dos bancos da universidade. Foi o que aconteceu ontem dia 11 no estaleiro cultural Velha-a-Branca com o convidado Hernâni Maia do Departamento de Química da Universidade do Minho e o tema pelo qual tem dedicado os seus estudos: vida alienígena.

Foi um serão excelente a recordar os sonhos de Carl Sagan, os devaneios de Fred Hoyle, o fascínio de Marte e dos marcianos no nosso imaginário e o confronto de ideias na história da ciência. Foi o primeiro em que participei e tenciono não perder mais nenhum.

11 anos de pós-genómica

André Goffeau

Numa conferência integrada num curso avançado do Departamento de Biologia da Universidade do Minho, André Goffeau o "pai" da sequenciação do genoma de levedura fez uma descrição de todo esse projecto de sequenciação terminado há 11 anos (tempos heróicos em que as informações ainda eram trocadas por via postal). É interessante verificar, como o próprio referiu, a felicidade de uma decisão que se revelou acertada a posteriori na escolha do organismo para sequenciar. Só depois da sequenciação (obviamente) é que se ficou a saber que o genoma é compacto (a proporção de genes em relação às regiões intergénicas, muitas vezes repetitivas, é elevada), praticamente não tem intrões e é relativamente pequeno (cerca de 6000 genes verificáveis facilmente devido à ausência de intrões). Esta simplicidade do genoma em comparação com o de outros eucariontes só poderia ser suspeitada com base na sequência dos poucos genes sequenciados até à data do início do projecto. Há decisões acertadas mesmo que muitas vezes não sejam totalmente apoiadas em factos (a adicionar aos genes conhecidos seriam as vantagens "clássicas" de facilidade e baixo custo de cultivo em laboratório, bom conhecimento da fisiologia, bioquímica e genética) que proporcionaram o sucesso da sequenciação. Como Goffeau referiu também, se se tivessem aventurado na sequenciação do genoma humano, muito provavelmente não teriam tido sucesso. Aliás, ainda hoje, o genoma de Saccharomyces cerevisiae é o único totalmente sequenciado.

Dois meses

Foto: National Library of Medicine

Foi o tempo necessário para sequenciar o genoma de James Watson num projecto simbólico que dará início à democratização da sequenciação de genomas (ou como vem no artigo da Nature: "personal genomics"). Este projecto custou menos de 1 milhão de dólares. Daqui a poucos anos até eu terei dinheiro suficiente para encomendar a sequenciação do meu genoma.

Vida em Marte

Foto: NASA

Se houver vida em Marte será de organismos seleccionados para o ambiente inóspito daquele planeta (do ponto de vista antropológico). Alguns dos ambientes terrestres são comparáveis ao planeta vermelho no que diz respeito à ausência de água, temperatura e química do solo. Organismos isolados destes ambientes terrestres poderão ser viáveis no ambiente marciano o que sugerirá a possibilidade de presença de vida em Marte. Esta é a hipótese de trabalho do grupo de Tim Kral da Universidade do Arkansas que, numa série de experiências simples, cultivaram diferentes espécies de arquebactérias metanogénicas em diferentes substratos inorgânicos (areia, argila, basalto e uma mistura simuladora de solo marciano) na presença de hidrogénio e dióxido de carbono. O resultado foi a produção de metano em todas as culturas (excepto argila) o que indica a actividade metabólica destas bactérias, ou seja, a presença de metanogénios vivos.

Isto não é muito surpreendente uma vez que desde 1990, Woese já havia proposto a criação do reino Archaea que engloba as arquebactérias que partilham, entre outras características, a extremofilia (adaptação a ambientes extremos como salinidade, calor, acidez e pressão). O potencial biotecnológico destes seres é enorme devido ao facto das suas enzimas estarem também adaptadas para uma actividade óptima na condição ambiental extrema (o caso da temperatura é o mais elucidativo, uma vez que não será possível a uma célula alterar a temperatura intracelular para fazer face a um ambiente de 90ºC; o que já não se poderá dizer da salinidade em que a concentração intracelular, se bem que elevada, será menor que a ambiental). Um exemplo da rotina laboratorial em genética e biologia molecular é a enzima termofílica Taq DNA polimerase usada no PCR.

Em suma, se há vida em ambientes extremos na Terra, nada impede que haja vida em ambientes extraterrestres (extremos ou não). O que Karl e colaboradores mostraram é que amostras de substratos semelhantes ao solo marciano permitem o desenvolvimento de organismos vivos. Por isso a presença de microrganismos em planetas com ambientes muito diferentes do nosso é previsível. Quanto à vida inteligente, isso é outra história. Organismos vivos inteligentes pressupõem multicelularidade, comunicação celular, fluídos para transportar nutrientes e moléculas mensageiras. Ambientes extremos como temperatura e pressão osmótica afectam as propriedades físicas dos fluídos, agregação celular e, por exemplo, a conductividade eléctrica. A não ser que estas formas de vida sejam baseadas noutra substância que não a água...

Stanley Miller (1930-2007)

A partir da sua famosa experiência a origem da vida passou a ser um assunto sério (ver aqui).

Microfluídica multiplex

Nos métodos multiplex baseados em arrays as sondas são identificadas pela sua posição fixa no suporte. Nos métodos baseados em suspensões as sondas são identificadas pela ligação a uma partícula que está marcada com um código único. As vantagens desta tecnologia é a dinâmica das soluções ser respeitada no ensaio e teoricamente ser possível ter uma escala maior de ensaios multiplex.

O grupo de Patrick Doyle do MIT desenvolveu um sistema que permite produzir micropartículas de polietilenoglicol com duas regiões; uma para identificação com um código semelhante a um código de barras (passível de ser lido por um aparelho análogo a um citómetro de fluxo) e outra de detecção do analito. Assim, poderá vir a ser possível usar uma mistura de milhões destas partículas para detectar DNA, RNA, proteínas e metabolitos com as quais possam interagir, tudo num só ensaio num curto período de tempo (Pregibon, D.C. et al., Multifunctional encoded particles for high-throughput biomolecule analysis. Science 315: 1393-1396 2007).

A análise biológica em larga escala, os omics, não tarda muito em fazer parte das nossas vidas.

Levedura modelo

Foto: Maxim Zakhartsev and Doris Petroi, International University Bremen, Germany

Novamente a levedura a servir de modelo científico em problemas científicos fundamentais em biologia. Depois de, por exemplo, ter sido escolhida como primeiro organismo para sequenciação do genoma e para a análise à escala genómica dos níveis de transcrição génica por microarrays, a levedura surge também como organismo modelo na emergente área da biologia de sistemas. Neste caso o problema da regulação do crescimento celular foi analisado a nível da transcriptómica, proteómica, endometabolómica e exometabolómica. Sem surpresas, a maior parte dos genes positivamente regulados com o aumento da taxa de crescimento têm ortólogos noutros organismos, incluindo humanos.

Não é só o conteúdo que é importante

Foto: US National Library of Medicine

Um artigo interessante (Moore. 2000. Writing about biology: how rhetorical choices can influence the impact of a scientific paper. Bioscene 26:23-25), em que se faz a comparação dos estilos de escrita de dois artigos que marcaram a história moderna da biologia, permite constatar a importância do modo de relatar os resultados no impacto das descobertas. Os artigos analisados são Watson, J.D. and F.H.C. Crick. 1953. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature 171:737-738 (disponível para download aqui) e Avery, O.T. , C.M. MacLeod, and M. McCarty. 1944. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Journal of Experimental Medicine 79:137-158 (disponível para download aqui).

O reconhecimento atingido por Avery e colaboradores não faz de facto justiça ao seu contributo científico dos resultados relatados no artigo de 1944. Imagino que possa haver mais explicações (confesso que a estrutura molecular do DNA é muito mais apelativa do que uma série de experiências em que se misturam extractos de bactérias com bactérias vivas, injecções em ratinhos e análise da sua sobrevivência) mas a comparação dos dois artigos no que diz respeito à extensão do artigo, nível de detalhe, confiança dos autores que transparece do texto, poder de argumentação e poder de persuasão revela uma maior consciência comunicacional por parte de Watson e Crick. Como exemplo reparem nos títulos dos dois artigos; o de Watson e Crick é afirmativo e inclui a mensagem principal enquanto que o de Avery e colaboradores é vago e não refere sequer o DNA.

Actividade eléctrica de uma só célula

Esta técnica pode ter enorme aplicação na fisiologia celular e, como referem os autores, no ensaio dos efeitos celulares de novas drogas. No entanto ainda falta bastante para saber o significado biológico dos "10 electrões em movimento" detectados após a adição de álcool para que se possa usar esta detecção da actividade eléctrica de uma só célula, levedura, na investigação aplicada. Este é também um produto típico das notas de imprensa de instituições científicas em que se faz a divulgação de algo potencialmente importante ainda sem grande significado científico.

Portugal mais pobre

Hoje no Público: "Comerciante espanhol devastou centenas de zimbros no Parque Natural do Douro". Em subtítulo: "Espécie não é protegida em Portugal, ao contrário do que acontece no país vizinho, onde tem elevado valor comercial".

Se os zimbros andassem fariam como os linces; mudavam-se para Espanha!

E agora é preciso ter juizo!

Em 1967, no rescaldo da descoberta do código genético, Marshall Nirenberg discute (Nirenberg, M. 1967. Science 157) se a sociedade estará preparada para as novas perspectivas na manipulação genética que se abriram com este marco histórico. É um encanto ler alguns exemplos avançados destas novas perspectivas, mesmo num registo muito realista. Já na altura se discutia que a ciência andava depressa demais para o exercício do poder conferido por avanços científicos não ser contrabalançado por condições sociais favoráveis. Daí a pergunta: "will society be prepared?"

Clatrina

A PDB (Protein Data Bank) é uma base de dados valiosíssima sobre macromoléculas, permitindo o acesso livre a estruturas e outra informação científica. Para além de recursos educacionais excelentes (ver exemplo aqui), tem uma secção dedicada à molécula do mês. Abril é o mês da clatrina (já abordada na Biologia Molecular e Celular da Engenharia Biomédica ; já não falta muito para a Engenharia Biológica). Nesta secção encontra-se uma descrição didática da molécula ilustrada com gráficos informativos . Vale a pena pesquisar as moléculas dos meses anteriores e ir acompanhando as que estão para vir.

Imagem: Graham T. Johnson e David S. Goodsell (para comparação, a vermelho está representada a hemoglobina)

Molecular approaches to cancer research

For those interested in cancer research involving the comet assay, heat shock proteins, epigenetics, genotoxicity and chemoprevention by natural compounds this workshop might be helpful. The course will take place at the Department of Biology of the University of Minho in Braga, Portugal, 1-4 May 2007. For more information visit this site or contact me.

Revisão da matéria dada

Das aulas teórico-práticas da Engenharia Biomédica esta animação incluida no Lodish.