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)