"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...