Entenda a Engenharia Metabólica

Posted on by
Responder

ResearchBlogging.orgUma das grandes maravilhas da humanidade – objeto de grande satisfação entre os químicos – é uma tabela que nos diz tudo o que existe no universo, os cerca de 120 elementos que formam tudo aquilo que o ser humano conseguiu perceber. Usando essa mesma ideia, cientistas conseguiram determinar 12 substâncias principais que podem produzir tudo… o que existe dentro de uma célula! Esse é um dos princípios fundamentais da Engenharia Metabólica, entenda o porquê:

Os 12 Precursores Principais

Tudo o que uma célula consome sempre produz compostos que chamamos de “precursores principais”. São esses precursores que podem gerar tudo dentro da célula: desde seu DNA até às membranas celulares. Na bactéria E.coli, por exemplo, existem 12 dessas substâncias principais: Eritrose 4-fosfato, o famoso Acetil CoA,  Frutose 6-fosfato, Glucose 6-fosfato, Alfa-cetoglutarato, Oxaloacetato, Ribose 5-fosfato, Fosfoenolpiruvato, 3-fosfoglicerato, Piruvato (esse carinha é famoso também), Triose-fosfato e Succinil CoA. Isso quer dizer que a grande maioria de todas a milhares de reações dentro da E.coli em algum momento formam e/ou consomem essas substâncias em suas etapas de reação.

Assim, ao melhor estilo dos antigos alquimistas, pesquisadores – em especial FC Neidhardt – dissecaram células de E.coli de modo a determinar a quantidade desses precursores que seria necessária para “construir” uma bactéria (ver infográfico acima):

Ou seja, todos os precusores somados às moléculas para se realizar oxidações (NAD), reduções (NADPH) e fornecer energia (ATP), resultam em 1 mol de “XR”, que é a quantidade de biomassa produzida com esses compostos, ou “1 mol de células” (definida aqui como a quantidade de células em 106g). XR seria um arcabouço que abarca todas as proteínas,  lipídeos e  nucleotídeos da célula; por isso não podemos dizer que essa é de fato uma equação química, mas uma “pseudo-equação química”, afinal dá pra ver claramente que as quantidades das substâncias não se conservam em termos estequiométricos – pra falar a verdade, não há nem a representação de elementos, são só siglas.

Enfim, esse é o mais próximo que chegamos do desejo dos alquimistas de obter uma receita para a vida como eles idealizaram, mas apesar de parecer pouco, essa pseudo-reação global de “construção de células” nos permite contabilizar literalmente quais são os recursos que as bactérias têm para produzir coisas que não produzem natualmente, ou seja, nos mostram quais são as cartas em jogo quando se altera um organismo geneticamente. E o nome desse jogo é fluxo, fluxo metabólico.

O Fluxoma

Uma célula é como se fosse uma mini indústria: seus operários são enzimas, a chefia é a informação genética e a matéria prima são os metabólitos externos com o qual se produzem as peças – que são os 12 metabólitos principais – para a linha de montagem: as etapas de reações bioquímicas. Essa pequena empresa é um empreendimento talhado pelo mercado competitivo, ditado pela economia minimizadora de enegia, seguindo a lógica da seleção natural. Igualzinho às empresas de verdade. Mas enfim, a grande pergunta é: o que acontece quando a chefia muda? O que acontece quando modificamos geneticamente um microrganismo? Apenas colocar uma informação genética não natural na “chefia” é o mesmo que colocar um administrador inexperiente no comando de todo um processo produtivo que ele não conhece. É ir contra milhares de anos de seleção natural.

Por exemplo, imagine que a nossa célula é uma fábrica de motos. Depois de muitos anos existindo, decidem colocar uma nova chefia adjunta no comando. O novo chefe adjunto decide colocar uma nova maquinaria e funcionários no chão de fábrica, pois quer ampliar a gama de produtos que a empresa fabrica. A indústria de motos então passa a produzir triciclos; nada mal. O problema é que a nova chefia SÓ faz isso. Ele não comunica os antigos funcionários sobre a nova produção, não compra mais matéria prima e, apesar de desejar que o carro chefe da empresa seja triciclos, não move uma palha para que isso aconteça. Em outras palavras: temos uma fábrica de motos que improvisa na fabricação de triciclos. É aí que entra o engenheiro de produç… Ops, o “engenheiro metabólico”.

O grande problema da nossa indústria de motos é apenas de distribuição das peças, afinal – simplificadamente – a grande diferença do produto antigo para o novo é apenas uma roda. Da mesma maneira, em uma célula a grande diferença entre os componentes que ela já produz para existir (o “XR” da pseudo-reação acima) e as novas substâncias que queremos que ela produza (por modificações genéticas) é apenas uma combinação de quantidades diferentes dos 12 precursores principais que levem às reações de síntese que queremos. Para ter controle dessas reações que levam à XR e/ou ao bioproduto desejado, cria-se o chamado “fluxoma”, a contabilização de todos as taxas de reação (os fluxos) de dentro da célula – da mesma forma que o genoma é a contabilização de toda a informação genética de uma célula.

ATENÇÃO: se a matemática não é sua amiga, tome cuidado com o conteúdo a seguir.

Fluxos Metabólicos

A teoria que se aplica para a determinação desses fluxos baseia-se na simples conservação de masa em um sistema fechado, no caso uma célula ou um compartimento celular fechado com metabólitos; especificando a reversibilidade das reações e quais metabólitos são considerados como internos e externos. A equação geral que descreve a conservação de massa de metabólitos em um sisema de volume definido pode ser escrita como:

Em que C (mol/L) é um vetor da concentração de m metabólitos internos; r ((mol/L)/h) é o vetor do grau de reação, ou seja o fluxo,  de n reações que convertem metabólitos; S é a matriz estequiométrica de dimensões  m x n cujos elementos sij representam o coeficiente estequiométrico do elemento i envolvido na reação j; e μ (1/h) é o grau específico de diluição associado com a mudança no volume de um sistema, o que é muito importante considerar no modelo, pois o graus de diluição afetam diretamente as velocidades de reação. Como em uma célula o grau de diluição é muito baixo quando comparado com os graus de reação, as mudanças de volume no sistema são consideradas negligenciáveis. Temos portanto a equação mais simplificada:

Em um estado estacionário, que é o que se considera na análise de um fluxo metabólico, não há acúmulo de metabólitos, e portanto suas concentrações, bem como a população bacteriana, tornam-se constantes, fazendo com que dC/dt = 0:

A caracterização de reações reversíveis é realizada através da detreminação do sinal de ri, em que ri  0 delimita a reação como irreversível, ri = 0 informa a sua não-ocorrência e ri  0 indica uma reversivilidade da reação i.

Uma outra maneira mais simplista de se entender o mesmo raciocínio, partindo do mesmo princípio de conservação de massa, pode ser:

O que é o mesmo que S.r = 0. Considerando as substâncias envolvidas em várias reações, teremos o mesmo resultado:

OBSERVAÇÃO: Aqui acaba o conteúdo matemático. Pode continuar a ler abaixo, já passou…!

Análise de Vias Metabólicas

Então, como dá pra perceber, tudo se resume a encontrar um sistema de equações – sim, os sisteminhas de equações que você aprende a resolver na escola – que descreva o metabolismo da célula envolvendo os metabólitos principais. É exatamente aqui que entram os dados da pseudo-reação global comentada no início, é ela que define, junto com dados experimentais de consumo de substratos, o conjunto de soluções desse sistema de equações (chamados de “modos elementares”). Os sistemas de equações obtidos por análise das vias metabólicas são sempre indeterminados, uma vez que o número de reações bioquímicas as envolvendo é muito maior que o número de espécies de metabólitos, ou seja: tem-se mais equações que variáveis. A tarefa de programas de análise de vias metabólicas é encontrar possíveis soluções para esse sistema que digam quais são os possíveis fluxos de todas as reações envolvidas, com isso é possível analisar qual modo elementar é o que possui maior rendimento de produção do bioproduto desejado, e portanto quais reações que devem ocorrer no sistema em detrimento de outras.

Por exemplo, vejamos o exemplo da produção de Lisina em Corynebacterium glutamicum. Esse aminoácido é naturalmente produzido em nível basal na célula para manutenção da atividade celular, apenas super-expressando os genes envolvidos nas vias de produção de lisina e nocauteando outros genes que produzem enzimas competidoras (essas são grandes maneiras de se alterar os fluxos metabólicos) da biosíntese de lisina é possível aumentar cerca de 11 vezes a produtividade. Isso pode ser feito sem análise nenhuma. Mas se analisando os fluxos metabólicos (imagem abaixo), vemos que é possível quase dobrar a produção industrial de Lisina à partir da mesma quantidade de glicose. Assim como na analogia entre a indústria e a célula, única diferença foi a distribuição dos fluxos entre os precursores principais da C. Glutamicum, ou seja uma combinação diferente de quantidades dos precursores em diferentes reações.

No caso, um aumento do fluxo metabólico pela via das pentoses (formando Ribulose 5-fosfato) em um processo sem produção de CO2 – realizando o ciclo do glioxilato - aumenta a produção por gerar mais NADPH, necessário na biosíntese de Lisina, e que não é produzida na via “normal” de degradação da glicose (via de Embden-Meyerhoff-Parnas).

O Futuro da Engenharia Metabólica

Muitos dizem que a engenharia metabólica será tão eficiente em otimizar os processos biotecnológicos que substituirá completamente os processos químicos orgânicos no futuro, afinal esse é o grande entrave para termos toda uma indústria baseada em uma bioprodução: os processos químicos são muito mais eficientes. Ter toda a indústria química baseada na produção de materiais por organismos nos daria um mundo mais ecológico e renovável. O grande passo para isso já foi dado com a “synthia“, a bactéria sintética de Craig Venter e seu grupo. O desafio de se fazer engenharia metabólica é justamente o problema que foi eliminado quando se nocauteou todos os genes não essenciais para a sobrevivência na bactéria produzida por Venter, pois qualquer nova via colocada no microrganismo já estaria quase completamente otimizada, uma vez que não existiriam fluxos “não essenciais” em que a bactéria poderia estar “desperdiçando” energia em vez produzir o bioproduto dos genes com que foi modificada. Assim, como um upgrade da engenharia genética, a engenharia metabólica faz aquilo que torna a Biologia Sintética algo simples e bonito: apenas uma mudança inteligente de como a informação é transmitida; uma mudança de design. No final das contas, mais do que pseudo-realizar os sonhos dos alquimistas, entender os fluxos metabólicos é mudar a maneira como os químicos atuais sonham com o futuro, afinal, porque reinventar como produzir substâncias orgânicas se os próprios organismos podem fazer isso pela gente!? Já está mais do que na hora de reinventarmos nossa indústria.

Referências

Vallino JJ, & Stephanopoulos G (2000). Metabolic flux distributions in Corynebacterium glutamicum during growth and lysine overproduction. Reprinted from Biotechnology and Bioengineering, Vol. 41, Pp 633-646 (1993). Biotechnology and bioengineering, 67 (6), 872-85 PMID: 10699864

Neidhardt, F. C., J. Ingraham, and M. Schaechter. 1990. Physiology of the Bacterial Cell: A Molecular Approach. Sinauer Associates, Sunderland, MA.

A Incrível Sociedade dos Microrganismos

Posted on by


ResearchBlogging.orgÉ bem óbvio que um ser humano não existiria sozinho. Não só porque ele não poderia ser gerado, mas porque dificilmente conseguiria sobreviver. Já reparou na quantidade de pessoas que permitem (e permitiram) que você tivesse o dia de hoje como você tem? Cada parafuso, tecido, metal, tijolo e etc que permite você estudar, trabalhar, andar de automóvel, comer e ler esse texto foram pensados, feitos, montados, transportados e vendidos por alguém. Não é possível portanto tentar entender os humanos, bem como a maneira com que eles se comunicam, isoladamente. É preciso olhá-los sistemicamente, como seres sociais. As bactérias também. É cada vez mais reconhecido que as bactérias não existem como células solitárias, mas são como um “organismo colonizador” que elabora complexos sistemas de comunicação que facilitam a sua adaptação às recorrentes mudanças ambientais. E elas nascem poliglotas. A seleção natural esculpiu em diferentes espécies diversos genes que as permitem se comunicar cooperativamente e repressivamente entre espécies e até mesmo entre reinos (como por exemplo em bactérias patogênicas). Damos à essa comunicação bacteriana o nome de “quorum sensing” (“detecção em quórum” – tradução livre).

Quorum Sensing

O termo “quorum sensing” foi cunhado devido à habilidade dos microorganismos expressarem ou aumentarem a expressão de certos genes quando em grande população, podendo dessa forma monitorar a densidade celular (quantidade de células ao seu redor) antes de manifestar algum fenótipo. Um dos exemplos mais ilustrativos disso é da Dictyostelium discoideum, um protozoário que passa uma das fases do seu ciclo de vida produzindo um corpo multicelular. Tem um vídeo bem legal mostrando a formação de um corpo de frutificação através de várias células individuais de Dictyostelium:

Reparem rapidamente em 00:30 min as células se locomovendo em “pulsos”, na direção de um local em que todas estão se agregando (é difícil de perceber!). Esse local inicial é em geral onde um grupo de bactérias encontrou alguma fonte de nutrientes. A “pulsação” da locomoção das bactérias acontece devido à substância de quorum sensing que é difundida pelo espaço vinda das células do local de agregação; um pulso inicial provoca – quando em uma população não muito grande, para ser perceptível – um comportamento oscilatório de resposta das células: quando uma célula recebe um sinal (do tipo “Ei, tem comida aqui!”), ela emite um de volta (como se etivesse gritando “Caramba, tem comida lá!”), que é recebido pelas células que mandaram o sinal incialmente (o que seria um “Ótimo! Estou indo praí!”) e por outras ao seu redor, propagando o sinal. Como a transmissão de informação com as substâncias não é imediata e nem totalmente contínua, observa-se os “pulsos”, que são resultado do “gap” entre enviar e receber informações pela difusão de moléculas.

As diferentes Línguas das bactérias

As “línguas”, ou simplesmente certas coisas que as bactérias querem “dizer” (como “Estou afim de dar uma reproduzida!” ou “Fujam, eles estão vindo!”) são “ditas” através de diferentes tipos de substâncias que os microorganismos produzem. No caso da Dictyostelium ali em cima, a substância é AMP cíclico (é quase um ATP, só que duas vezes menos fosfatado… e cíclico, é claro), mas se tratando de bactérias – que ainda é a principal plataforma de aplicação da Biologia Sintética – existem três tipos principais de substâncias de quorum sensing: as acil-homoserinas lactonas (HSL ou AHL), auto-indutores 2 (AI-2) e pequenos ácidos graxos, chamados de “DSF”s (Diffusible Signal Factor – do inglês: Fator Sinalizador Difusível). Existem ainda outras famílias de substâncias de QS, mas aparentemente menos comuns que essas três principais.

O Mecanismo Gênico

Para um microrganismo ganhar a abilidade de “falar em outra língua”, em geral são necessários apenas três elementos de DNA: um gene que gere uma enzima que produza uma substância de QS, outro gene que produza o “receptor” dessa substância – que em geral é um fator de transcrição – e um promotor, no qual o fator de transcrição (após se associar à substância de QS) se liga para controlar a expressão gênica (imagem ao lado).

Se uma bactéria (por exemplo) “fala” a mesma “língua” que suas companheiras de colônia, como ela diferenciaria então um sinal próprio (a própria substância de QS sendo produzida) de um sinal de outras células (substância de QS externa)!? Isso é importante, porque se a bactéria receber o próprio sinal que envia, ela entrará em um processo autocatalítico que resultará em uma contínua auto-ativação da célula independente do sinal das bactérias ao seu redor. Acontece que uma bactéria não produz níveis suficientes de QS para “se ouvir”. Sem o sinal externo, a transcrição de genes pelo sistema de quorum sensing é fraca e insuficiente para iniciar um feedback positivo; apenas em alta densidade celular se consegue alcançar uma concentração crítica de substâncias de QS para estimular a transcrição dos genes que o QS controla.

Quorum Sensing no iGEM

Apesar de não ser um meio de transmissão de informação tão rápido e eficiente como o dos light switches, os sistemas de QS são bastante utilizados em dispositivos sintéticos devido à sua especificidade e falta de “falsos sinais” – afinal, é extremamente fácil estimular não-intencionalmente uma célula sensível à luz. No Registry of Parts existem cerca de 6 sistemas de QS completos, padronizados e disponíveis para construção, todos usando (em geral) diferentes AHLs, usados tanto na ativação e inibição da expressão de genes.

Exemplos de utilização desse sistema de transmissão de informação não faltam no iGEM. Já tratamos no blog de um dos inúmeros projetos do iGEM que utilizam quorum sensing, o da Unicamp de 2009. Em seu projeto, o time brasileiro utilizou sinais de AI-2 como um “sistema de alerta” em bactérias produtoras de bioprodutos em um bioreator. Quando um microrganismo contanimante surgisse (produzindo AI-2), o sistema de QS atuaria para comunicar sua presença a todas as bactérias ao redor do organismo invasor, iniciando gatilhos gênicos para produção de substâncias nocivas ao contaminante, afim de exterminá-lo do bioreator.

Parte do vídeo explicativo do time da Unicamp de 2009. Uma pequena esquematização de como usaram quorum sensing.

Aprender como uma população de microrganismos de comunica é extremamente útil para saber como ela se comporta, e no caso da biologia sintética, muito útil para conseguir controlar esse comportamento para transmitir informações em um dispositivo gênico sintético. Mas é claro que prever todo um comportamento de um sistema biológico não é nada fácil. Como já salientava Asimov, há algo em comum no comportamento de humanos e átomos: ambos são muito previsíveis singularmente, mas praticamente caóticos quando em coletivo. Apesar de mais simples, populações de microrganismos também se comportam assim, o que é uma das razões que tornam o trabalho em laboratório muitas vezes frustante e cansativo. Um guia nesse caos é essa compreensão sistêmica da comunicação entre bactérias (que origina certas resistências a antibióticos inesperadas e outras coisas bizarras), que assim como seres humanos, as torna seres mais sociais do que você possa imaginar.

Referências

  1. Whitehead, N. (2001). Quorum-sensing in Gram-negative bacteria FEMS Microbiology Reviews, 25 (4), 365-404 DOI: 10.1016/S0168-6445(01)00059-6
  2. Atkinson, S., & Williams, P. (2009). Quorum sensing and social networking in the microbial world Journal of The Royal Society Interface, 6 (40), 959-978 DOI: 10.1098/rsif.2009.0203
  3. He YW, & Zhang LH (2008). Quorum sensing and virulence regulation in Xanthomonas campestris. FEMS microbiology reviews, 32 (5), 842-57 PMID: 18557946

Um por Todos e Todos por Um! Agradecimentos à Multidão que Faz Acontecer!

Posted on by

Acho que conseguimos fazer algo sensacional. E aparentemente inédito também. Eu já disse em outro post o quão somos todos poderosos com a internet, e foi com esse incrível poder – quase utópico – que conseguimos ser (pelo o que tudo indica) o primeiro projeto de ciência brasileiro a ser financiado com sucesso por crowdfunding, com incríveis 109% financiados.

Até agora não caiu a ficha que conseguimos quase cerca de 6000 reais em um mês e meio. Me lembro do dia em que cheguei no meu apartamento e disse aos meus colegas: “Cara, eu preciso de 2700 dólares nos próximos dois meses!” (antes de me explicar acharam que estava envolvido com algum tipo de máfia de agiotas).
Eu não fazia a mínima ideia de como arrumar esse dinheiro. Parecia impossível. Tínhamos caído em uma grande “sinuca financeira” ao tentar pedir financiamento pela universidade para um projeto que não se encaixa direito em quase nenhum dos programas de apoio que ela oferece. Essa é a sina da inovação: não existe nada pré-definido para aquilo que é novo. Bem, como estávamos fazendo algo novo, porque então não sair do óbvio? Porque esperar sempre apoio das mesmas fontes de financiamento que ditam o que pode e o que não pode ser feito? Foi aí que o Hotta me veio com a intrigante ideia: “Porque vocês não tentam financiamento por esse site aqui?”. Desde então descobri que além de algo chamado crowsourcing, existe algo tão velho quanto o imposto de renda (só que um pouco diferente) chamado crowdfunding, o financiamento pela multidão.

Sem saber a dificuldade de tal tarefa, simplesmente criei uma página de financiamento no RocketHub (o site de crowdfunding que usamos) para um projeto brasileiro de Biologia Sintética. De novo: brasileiro e em algo chamado Biologia Sintética. Como fazer a multidão se interessar por esse projeto dentre vários outros bem mais atrativos envolvendo música, filmes, arte e etc? Estereotipando, éramos um projetinho latinoamericano nerd junto de vários outros gringos, super chamativos e descolados. Eu não sabia em que estava me metendo. Talvez seja por isso que a ficha ainda não caiu depois que tudo deu certo. Você tabém não iria acreditar na quantidade de pessoas que existem aí fora dispostas a apoiar suas ideias.

Seguimos à risca as recomendações que o site dá para conseguir os projetos financiados: entrar em contato primeiro um círculo de pessoas diretamente relacionadas conosco e depois com um círculo de pessoas desconhecidas. O engraçado é que ficou tudo misturado. Ao mesmo tempo que apareciam pessoas totalmente não-relacionadas com qualquer pessoa do grupo, apareciam amigos e parentes dando uma engordada na vaquinha online.

Em cada email que recebia com uma quantia de dinheiro, independente da quantia que fosse, era como um pequeno presente de natal fora de época. Mais do que pessoas dando dinheiro a nós, tínhamos pessoas acreditando no nosso projeto, acreditando em nós. É aquele tipo de coisa que os cartões de crédito nos ensinaram muito bem que não tem preço. É principalmente por isso que por mais que eu escreva, não vou encontrar palavras para agradecer esse apoio de todos deram, seja de amigo, parente, professor, blogueiro, empresa, escritor, entusiasta e parceiro do grupo. Fomos muito além da expectativa mais otimista que tínhamos. Estamos muito mais motivados, felizes e com certeza de toda a responsabilidade que temos agora, que além de representar nosso país na maior competição de Biologia Sintética do mundo, é fazer todos os apoiadores também merecedores (além dos rewards, é claro) do sucesso que tivermos. Mas por enquanto gostaríamos muito de dizer:

Joana Guiro, Tania, Douglas Domingues, Cristiano Breuel, Kathleen Raven, Elias de A. Rodrigues, Renilda Souza, Roseane Souza, Adriana Marcelino Escarabichi, Regivaldo, Bruno Vellutini, Cleandho, Cristina Caldas, Luis Brudna, Daniel Ariano, Bernardo Lemos, Silvério Flora Filho, Alex Gorshkov, Shridhar Jayanthi, Carlos Gustavo, Marcus Nunes, Carlos Hotta, Gilberto, Andrés Ochoa, Blog Blabos de Blebe, Mateus Schriener G. Lopes, Mariana Machado de Paula Albuquerque, Jean Marcel Duvoisin Schmidt, Débora Pimentel, Andre Pimenta Freire, Rafael Calsaverini, Bruno de Medeiros, Integrated DNA Technologies (IDT), Felipe (phi!), Carolina Carrijo, Rafael Tuma Guariento, Fábio Cespedes, Carolina Menezes Silverio, Konrad Förstner, Francisco Camargo (Chico!), Cláudia Chow, Roberto Takata, e o Instituto de Pesquisas Sociais, Políticas e Econômicas…

:)

Há ainda muito trabalho pela frente e vários outros desafios a serem encarados, mas esse nosso primeiro sucesso tangível já está ganhando repercussão em alguns lugares, como no blog sobre ciência da revista piauí (“De grão em grão“) e no blog do próprio RocketHub (“Brazilian Science Dreams Comes Alive” e “A RocketHub Story: Dreamers Don’t Blink“). Espero que essa moda gringa pegue por aqui, e que ainda possamos ver no Brasil vários projetos científicos criativos mais livres, abertos e possíveis com crowdfunding, sem depender muito dos programas pré-formatados de apoio à pesquisa e desenvolvimento. Afinal, como já disse no nosso vídeo promocial: “Because when you help science, you help everyone!”.

OBS: agora eu tenho uma exclusiva “Wings Badge” no RocketHub! A melhor badge que já ganhei! :D

Computadores bacterianos

Posted on by

De acordo com o verbete do wikipedia, um computador é uma máquina programável desenhada para, automaticamente, realizar um sequência de operações aritiméticas ou lógicas. Um computador pode prover-se de inúmeros atributos, dentre eles armazenamento de dados, processamento de dados, cálculo em grande escala, desenho industrial, tratamento de imagens gráficas, realidade virtual, entretenimento e cultura.

Os primeiros computadores analógicos surgiram no século XVII e eram capazes de realizar as funções básicas de somar, subtrair, multiplicar e dividir. Mas foi na II Guerra Mundial, em meados do século XX, que realmente nasceram os computadores atuais. A Marinha dos Estados Unidos, em conjunto com a Universidade de Harvard, desenvolveu o computador Harvard Mark I, projetado pelo professor Howard Aiken, com base no calculador analítico de Babbage. O Mark I ocupava 167m2 e pesada cerca de 30 tonelada aproximadamente, conseguindo multiplicar dois números de dez dígitos em três segundos.Seu funcionamente era parecido com uma calculadora simples de hoje em dia. Nem é preciso falar o quanto esta tecnologia se desenolveu até hoje, em que hoje se discuti processadores quânticos e se faz computação em nuvem.

Uma plataforma diferente das “baseadas no silício”, que estamos acostumados, são os biocomputadores. Em 1994, em um experimento muito elegante, Leonard Adleman desenvolveu o primeiro experimento envolvendo um computador de DNA para resolver o problema do Caminho Hamiltoniano: um problema que envolve caminhos hamiltonianos é o problema do caixeiro viajante, em que um caixeiro deseja visitar um conjunto de N cidades (vértices), passando por cada cidade exatamente uma vez, fazendo o caminho de menor tamanho possível (Figura 1).

 

Figura 1. O grafo em vermelho é hamiltoniano. Cada bola é um nó e cada flecha é uma aresta.

Existem multiplas possibilidades de construir um computador baseado em DNA, em que cada um possui suas vantagens e desvantagens. A maioria deles funciona utilizando as portas lógicas (AND, OR, NOT) associadas a lógica digital utilizando como base o DNA, como por exemplo,  o contador bacteriano . Porém os primeiros computadores moleculares baseados em DNA, são reações in vitro utilizando, por exemplo, enzimas de restrição, ligases, e DNA (Benenson et al. 2001). Através da mistura desse componentes e reações em cascada de digestão, ligação e hibridização, o output final é uma molécula detectável que representa o resultado computacional.

Em 1994, Leonard Aldleman foi capaz desenvolver um computador in vitro baseado em DNA para solucionar o problema  do Caminho Hamiltoniano (Figura 1), porém apenas em 2009, Baumgardner e colaboradores conseguiram resolver um problema complexo in vivo, em E. coli. Porém, para entender, é necessário uma série de abstrações para tornar sequências de DNA em vértices e arestas de um caminho hamiltoniano (ver Figura 2). A primeira abstração trata segmentos de DNA como as arestas de um determinado grafo. As arestas de DNA são flanqueados por sítios hixC que podem ser embaralhados por um recombinase Hin, criando diversas ordens e orientações randômicas para as arestas do grafo. A segunda abstração está relacionada com os nós, com exceção do nó terminal, em que um nó é um gene divido ao meio por uma sequência hixC. Os autores conseguiram construir enzimas funcionais portando essas sequências codificadas no DNA. Dessa maneira, a primeira metade (5´) de um nó é encontrada na aresta de DNA que termina em um nó, enquanto a segunda metade (3´) do gene é encontrado em uma aresta de DNA que se origina no nó. Calma, realmente não é fácil entender, é preciso pensar e abstrair, veja a figura 2.

 

 Figura 2. Construção de DNA que codificam um problema do Caminho Hamiltoniano com três nós. a. O grafo contendo o caminho Hamiltoniando começa no nó RFP, procedendo para o nó GFP e terminando no nó TT. b. Construção ABC representam a solução para o problema dos três nós. Os três fragmentos de DNA flanqueado por hixC estão na ordem e orientação corretas, de maneira que os genes GFP e RFP estão intactos. ACB possui o gene RFP intacto, porém o gene GFP está errado, por fim, a construção BAC não possue nenhum gene intacto.

 A Figura 2a mostra o grafo com os 3 nós e as 3 arestas que foram escolhidas para serem codificados no computador bacteriano. O gráfico contêm um único caminho hamiltoniano que começa no nó RFP, viajando pela aresta A até o nó GFP, e utilizando a aresta B até alcançar o nó final TT. A aresta C, the RFP até TT é um detrator. A Figura 2b ilustra como as construções de DNA foram utilizadas para solucionar o problema do Caminho Hamiltoniano com um controle positivo e duas configurações sem soluções. Já que as soluções precisam originar no nó RFP e terminar no nó GFP, a aresta A de DNA contêm na extremidade 3´a metade de RFP seguida por a extremidade 5´de GFP. A aresta B de DNA se origina em GFP e termina em TT, dessa maneira, esse fragmento de DNA possui 3´GFP seguido de um terminado de transcrição duplo. A aresta C se origina em uma metade 3´ de RFP e termina em TT. Finalmente, com os genes codificadores para RFP e GFP estão intactos, com promotores e RBS, e seguintes de um terminador de transcripção, colônias ABC expressam fluorescência vermelha e verde, dessa maneira, possuem aparência amarela.

A programação de bacteria para computar soluções de problemas complexos podem oferecer as mesmas vantagens dos computadores atuais que estamos acostumados, porém, com as seguintes características adicionais: (i) sistemas bacterianos são autônomos, eliminando a necessidade de intervenção humana, (ii) computadores bacterianos podem se adaptar a condições flutuantes, evoluindo para resolver desafios de determinados problemas e (iii) o crescimento exponencial de bactérias continuamente aumente o número de processadores trabalhando em um problema (Baumgardner et al., 2009).

 Sem contar que eles ainda poderiam fazer fotossíntese…

 Adleman LM: Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science 1994, 266:1021-1024.

Benenson Y, Paz-Elizur T, Adar R, Keinan E, Livneh Z, Shapiro E: Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules. Nature 2001, 414:430-434.

Baumgardner , J et al.  Solving a Hamiltonian Path Problem with a bacterial computer. J. Biol. Eng. 2009, 24;3:11.

Crowdfunding: o “faça você mesmo” do financiamento

Posted on by

 O movimento DIY (Do It Yourself) é lindo. É quase uma coisa utópica: você quer fazer alguma coisa? Aprende, vai lá e faz, oras! Basta ter aquela ideia que não te deixa dormir, ficar obcecado por ela, ser um pouco otimista e deixar a preguiça de lado. Perfeito, mas… Onde arrumar a grana para seus planos?

 Regras do Jogo

Tudo bem, as coisas não são tão fáceis assim. Vivemos  num mundo capitalista e as regras do jogo te impedem de colocar uma bela ideia em prática se você não tiver dinheiro. O grande problema na maioria das vezes é justamente esse: o capital inicial. Muitas ideias legais e empreendimentos não saem do papel porque o suporte para esse tipo de coisa não é algo trivial de se conseguir e os riscos são altos dependendo do caso. Por exemplo, um dos grandes problemas que enfrentamos para arranjar financiamento para a participação do iGEM foi a falta de apoio público à iniciativas tecnológicas de pequeno porte (talvez seria mais correto chamar de “mini porte”): ou as chamadas de projeto davam dinheiro demais ou não davam dinheiro nenhum. Se fôssemos uma empresa, não nos encaixaríamos em nenhuma categoria de investimento, o que não significaria que a empresa poderia gerar menos ou mais retornos que as de categorias de investimento maiores.

Mas aí você pode perguntar: “Então porque vocês não pediram dinheiro a mais mesmo?”. É porque esse tipo de apoio deve ter todos seus gastos todos justificados, afinal é um investimento! Se seu empreendimento não demanda  coisas o suficiente ele acaba morrendo de fome.

“Toc-Toc”-”Olá senhor, gostaria de investir no meu empreendimento?”

Mas calma lá também, isso não significa que para colocar sua ideia em prática será preciso ser um missionário do empreendedorismo e bater de porta em porta pedindo financiamento… É quase isso.

A diferença é que, se quiser fazer um belo DIY, terá que bater na porta de fundos de investimento privados. Eles são menos inflexíveis que os fundos públicos (como o BNDES, FINEP e etc) em termos de linhas de financiamento, contudo são um pouco mais sisudos: esses fundos são controlados pelo mercado e o grande objetivo é o retorno do investimento, sem envolver questões sociais e culturais do projeto; a não ser que você encontre um fundo supimpa que se preocupe com isso. Se você conseguir conquistar os empresários, eles deixarão o jogo mais fácil para você colocar seu sonho em prática.

O Nanoempreendedorismo

O movimento DIY não precisa de tanto dinheiro assim para se preocupar com fundos de investimento, a não ser que você queira deixar a brincadeira do “faça você mesmo” mais séria depois. Afinal para fazer um DIY que se preze, os materiais devem ser baratos e fáceis de se encontrar. Só que isso gera um problema semelhante a um empreendimento de “mini porte”: você não vai precisar (provavelmente) e não vai conseguir sozinho 10.000 ou 20.000 dólares; o que você vai precisar para projetos de garagem é da ordem de 500 a 2000 dólares. É pouco provável – devido ao porte do empreendimento – que exista um fundo de investimento que se interesse  em apoiar (tudo bem, vai que você consegue!) o seu “faça você mesmo” (apesar desses valores ainda serem uma considerável graninha!). Uma categoria de investimento para “nano-empreendedores” seria mais improvável ainda: além de ser uma grande mistura de hobby com negócios – o que poderia estragar toda a ideia divertida de DIY – os riscos de investimento seriam muito altos (apesar de estar em jogo “pouca” grana).

Crowdfunding: o poder da internet em suas mãos

Como deu para perceber, apesar do dinheiro ser importante, não diria que ele é o limitante para sua ideia (apesar de aumentar pra caramba a sua moral e seu respeito social), seria mais um entrave. O essencial mesmo é conhecer pessoas. Pessoas certas na hora certa principalmente, isso sim é que é difícil. Isso vai economizar muito tempo e sola de sapato. Mas diminuindo ainda mais o tamanho das coisas, pode ser que nem sapatos sejam necessários: apenas uma conexão com a internet já basta (a internet te dá super-poderes). É assim que funciona o Crowdfunding, o “financiamento pela multidão”. É o mesmo modelo que a Wikipedia, a Avaaz e vários programas e aplicativos gratuitos que vivem de doações usam para conseguir existir.

Como sempre, as coisas legais chegam no Brasil depois de já fazerem muito sucesso “lá fora”, mas já existem iniciativas muito legais
como a Crowdfunding Brasil. Contudo, dá para pegar a onda dos gringos através de alguns sites muito legais:

RocketHub

Disponível para usuários de  todo o mundo. Funciona como todos os outros: você cria uma página para as pessoas contribuírem online, estabelece o quanto você precisa para sua ideia e dá um prazo para levantar a grana. Ajudando com diferentes valores existem diferentes categorias de “recompensas” que o contribuidor ganha. O que o RocketHub ganha com tudo isso? 4% de tudo arrecadado, para financiamentos dentro do prazo ou não. Eles recomendam essa correção nos valores antes de realizar a campanha.

Kickstarter

 Diferentemente do RocketHub, aqui o negócio é tudo ou nada: consegiu financiar no prazo? O dinheiro é seu. Não conseguiu? É do Kickstarter. É o site de Crowdfunding mais famoso, mas por enquanto não é de acesso mundial.

IndieGoGo

É bem parecido com o RocketHub: também é uma plataforma mundial e cobra 4% de tudo arrecadado. A única diferença é que se você não conseguir levantar a quantia no prazo, a porcentagem que fica para o site é maior: 9%.

O único site de crowdfunding tupiniquim é o LET’S. Ainda não é tão bombado como os outros, mas com as políticas de divulação do site e do formato de financiamento de crowdfunding, espera-se que no futuro seja uma opção tão boa quanto as estrangeiras. A LET’S sempre fica com 5% do valor arrecadado caso o pagamento seja via Paypal.

Existem muitos projetos impressionantes e interessantíssimos nesses sites, com diferentes graus de ambição. Para nossa iniciativa de participação no iGEM 2012, além de corrermos atrás de financiamentos por patrocínios de empresas, criamos um projeto lá no RocketHub! Até o presente momento conseguimos levantar incríveis 385 dólares (uhul! Estamos ricos!). Sinta-se à vontade para olhar nossas recompensas e contribuir como quiser! Conte para todo mundo também!

Enfim: fica aí a dica. Principalmente se você curte DIY Biology e tem ideias bem legais que quer colocar em prática. Só não vai criar um problema de Biossegurança hein!

Carnaval Macabro

Posted on by

ResearchBlogging.orgPreparado para curtir o carnaval? Beber bastante, soltar as frangas, viver como se o mundo fosse acabar? Parabéns! Isso significa que você está vivendo o pré-apocalipse do jeito certo! Mas se você não gostar muito de carnaval e das coisas que todo mundo faz nessa época: dane-se! Você sabe que o mundo não passa desse ano mesmo!

Guerra, Fome, Peste… Escolha o seu cavaleiro do apocalipse. Se é para ser antinatural e apelativo, escolho então algo entre a Peste e a Morte. Escolho Zumbis! Vamos divagar como essas criaturas hipotéticas podem existir, e se existirem, se nós realmente estaríamos perdidos. Além de como a Biologia Sintética pode dar um empurrãozinho nisso tudo, é claro.

Jumbie, Nzambi, Zonbi… Zumbi!

Apesar das referências folclóricas europeias envolvendo indivíduos que insistem em não admitir que estão mortos (como espíritos amaldiçoados e vampiros), as grandes influências na noção popular do Zumbi de hoje são mais africanas (e de outras culturas derivadas do continente mãe). Em especial no Haiti, onde o Vodu (Voodoo) é ainda culturalmente marcante. Até existem “feiticeiros” que trazem os “mortos à vida”.

Existem vários tipos de Zumbi, que podem ser classificados à partir da maneira como eles se tornam “mortos-vivos”. Acho que é possível separar o joio do trigo em duas classificações iniciais: “punição divina”, e “coquetel de substâncias” (drogas) ou “doença bizarra”. Como vamos falar de algo mais científico prefiro não comentar como um deus raivoso (ou simplesmente sacana) pode criar coisas meio-mortas .

Dorgas Zumbi

Os Zumbis existem de verdade, sem brincadeira. Pelo menos aqueles criados com um coquetel de substâncias. Há anos no Haiti existe o “processo de zumbificação”, em que “feiticeiros” (chamados de bokor) preparam um poderoso (e controverso) coquetel de substâncias que, segundo os praticantes do ritual, podem trazer pessoas aparentemente mortas à vida, mas sem vontade própria, sem personalidade. No caso, o indivíduo não é realmente um “morto”-vivo: fica mais para um “dopadão”-vivo.

Essa história é fascinante demais para algum cientista – e portanto nerd – não se importar. Por isso, lá nos idos dos anos 80, um canadense chamado Wade Davis viajou até o Caribe para escrever – talvez um dos primeiros estudos sobre Zumbis – o que se tornou um marco da “etnofarmacologia” (estudos de potenciais agentes farmacológicos através de referências etnográficas – resumindo: é quando um cientista “vai lá” ver se realmente faz sentido as mandigas xamânicas que a sua vó usa para curar seus “resfriados”): o best seller “The Serpent and the Rainbow” (“A Serpente e o Arco-íris” – tem um filme de terror mesmo nome baseado no livro). Nele, além das narrativas de viagem pelo Haiti, Davis documentou através de dois “informantes” duas receitas do “veneno Zumbi”, além de narrar seus efeitos nos “rituais” que presenciou. Como eu não quero ninguém criando Zumbis por aí e botando a culpa em mim, só vou mostrar os ingredientes que o Dr. Davis encontrou (como consegui-los e preparar o negócio é segredo!). Dê uma olhada aqui.

Dessa lista, os ingredientes mais interessantes são os peixes. Deles é possível obter duas neurotoxinas poderosas, componentes chave da zumbificação, induzindo catalepsia ou paralisia motora: a saxitoxina e a tetroxina (TTX). Outros sintomas dessas substâncias incluem:

  • Entorpecimento (“paralisia”) da face e de outras áreas
  • Paralisia motora das extremidades
  • Descoordenação
  • Fala “arrastada”
  • Pupilas dilatadas

Tudo isso com o indivíduo ainda consciente e com seus reflexos inalterados. Até nos piores filmes trash sobre zumbis essas características estão presentes na pantomima do ator.

Davis afirmou em sua tese de PhD que o uso do coquetel de neurotoxinas do “Zombie Poison” pode causar danos no sistema nervoso, em especial devido à TTX. Alucinógenos , bem como os danos das neurotoxinas poderiam adicionar aquele conhecido comportamento demente dos zumbis aos sintomas ditos anteriormente.

O Escândalo Científico

OK, vocês acharam que os cientistas iriam acreditar nessa história de Zumbis sem ser detalhadamente bem contada!? Sim: o senhor Davis causou um reboliço. Por cinco motivos principais:

“Indiana Jones”

Foi assim que muitos antropólogos criticaram o texto do primeiro livro de Davis, que mistura relatório científico, narrativa de viagem e história de aventura. Uma senhora pseudociência. Claramente atingido pelas críticas, Davis escreveu outro livro (“Passage of Darkness”). Mais acadêmico, agradando grande parte dos críticos:  “[O livro] Tece as conclusões de vários diferentes campos acadêmicos em um argumento provocativo…”, segundo um review da obra, que apesar dos pesares, também foi chamada de “sensacionalista”.

Caricatura

Muitos antropólogos acusaram Davis de caricaturar o Vodu como um sistema cultural fechado desde o século 18, desconectado de todas as formas de mudança social de política do Haiti.

TTX

O grande trunfo da ideia era tentar relacionar o comportamento zumbi com um efeito de uma neurotoxina, só que isso não deu muito certo. Um estudo feito por dois eminentes toxicologistas japoneses testou oito amostras do veneno zumbi que Davis coletou e encontrou a presença de TTX em apenas uma das amostras, e mesmo assim, o meio alcalino em que essa substância se encontrava a deixava farmacologicamente inativa. Isso sem falar que Davis foi acusado de forjar os resultados da presença de TTX em sua tese de PhD, apresentando os resultados antes de serem confirmados.

Questão Cultural

Alguns críticos disseram que o coquetel de substâncias era um grande efeito placebo associado a alucinógenos: só funcionava porque as pessoas realmente temiam ser transformadas em zumbi e realmente acreditavam na existência de mortos-vivos. Davis dizia que o efeito cultural tinha enorme influência no funcionamento do “zombie poison”, para ser realmente algo “zumbificante”. Críticos rebateram o argumento dizendo que não fazia nenhum sentido uma substância como a TTX – que em certas concentrações pode matar – “não fazer efeito” por uma questão cultural.

Prova

Algo que irritou profundamente os críticos foi a posição de Davis em rebater as críticas à falta de provas envolvendo a TDT. Segundo ele, assim como ele não provou nada, os críticos não provaram o contrário para refutar suas teorias. Péssimo argumento.

Assim fica difícil confirmar os efeitos relatados por Davis em sua pesquisa. Alguns dizem que grande parte da resistência acadêmica ao seu trabalho provinha da quebra de protocolos científicos referente ao estilo de relato científico de Davis, outros ainda afirmam que se a mesma pesquisa tivesse sido realizada dez anos depois, a comunidade científica da etnofarmacologia (campo interdisciplinar que une áreas quase incompatíveis, nova na época) seria mais flexível e se comportaria diferente em relação à pesquisa e como foi feita. Mesmo assim, é um jeito possível – falta provar! – de criar zumbis de verdade, mesmo que temporariamente (isso se houver sobrevivência!). Só que isso ainda está longe de criar um apocalipse.

Doenças Bizarras Hipotéticas

Um apocalipse zumbi só pode acontecer com uma doença fulminantemente transmissível e que dê características de um zumbi ao infectado. De todos os filmes, séries, livros e jogos sobre zumbis, a teoria mais interessante que explica sua existência é aquela envolvendo o vírus da raiva: essa doença é perfeita como vetor zumbificante! Partindo do pressuposto que um zumbi é um ser humano doente, agressivo  e psicótico o suficiente (perdendo até mesmo sua “personalidade”) para continuar seu comportamento agressivo mesmo quando severamente sequelado; a raiva se encaixaria muito bem em muitas dessas características. Isso sem falar no quesito biológico: ela age no sistema nervoso e se transmite pela saliva! Logo, mordida = infecção, igual a todo bom zumbi que se vê por aí na cultura pop.

O que falta então para termos uma epidemia de raiva que gere zumbis!? Três coisas: letalidade, efeitos no sistema nervoso e principalmente: a transmissibilidade do vírus.

Sendo menos letal, ou seja, demorando mais para matar o indivíduo (ou quem sabe, nem chegando a o matar), poderíamos ter zumbis que vivessem o suficiente para causarem estrago por aí. Também, se o efeito causado no sistema nervoso central se espalhasse para regiões específicas do cérebro, seria possível causar os comportamentos dementes e animalescos dos zumbis. Mas o grande fator pandêmico de tudo seria a transmissão da doença. Ultimamente, tornar super transmissível uma doença em laboratório é o grande “tiro pela culatra” do momento nos esforços em tentar fazer o oposto: combater doenças. Isso é um grande problema de…

Biossegurança

Um recente trabalho submetido para publicação na Science causou grande alarde mostrando como fazer o vírus da gripe aviária (H5N1) se tornar extremamente contagioso com apenas cinco mutações “fáceis” no código genético do vírus. A pesquisa foi prontamente passada para a supervisão da americana NSABB (National Science Advisory Board for Biosecurity), e ainda há o debate entre os benefícios e malefícios da publicação de tal conteúdo, que poderia ser utilizado para construir uma arma biológica.

Com um índice de letalidade quase chegando aos 60% – controvérsias à parte,segundo outros dados, esse número poderia ser bem menor devido à um grande número de pessoas infectadas mas que não mostraram sintomas -, uma epidemia de H5N1 seria devastadora. Imagine então se fosse possível fazer o mesmo com o nosso vírus hipotético da raiva: estaríamos perdidos. Se duvida, veja o resultado de alguns modelos matemáticos simplificados envolvendo um apocalipse zumbi no Meio de Cultura.

Some a tudo isso a grande facilidade que a Biologia Sintética traz à engenharia genética. Com a padronização de partes biológicas, métodos rápidos de síntese de DNA e o crescente desenvolvimento de técnicas de biologia molecular, é extremamente mais fácil para um bioterrorista iniciar desde um  hipotético apocalipse zumbi até a uma super gripe aviária em sua própria “garagem”! O que devemos dar importância na verdade é na regularização dessas atividades, que apesar de revolucionárias, também podem ser usadas para o mal como todo grande avanço da ciência. Segundo uma recente publicação em um dos blogs da Nature, até mesmo nos EUA as políticas envolvendo biologia sintética estão devagar demais para serem implementadas. Imagine no Brasil, que nem conhece direito Synbio, e que ainda luta para conter epidemias menos letais, como a dengue.

Se 2012 é realmente o último dos anos como os Maias dizem, é melhor não acelerar o processo nesse carnaval. É a época perfeita não só para iniciar um apocalipse zumbi, mas também ideal para qualquer doença “menos pior” (ou nem tanto). Também, dado o conjunto de particularidades que devem acontecer simultaneamente para existir uma doença zumbificante, é melhor se preocupar em não se tornar um morto-vivo, mas em um “morto-morto” mesmo! Ou pelo menos em não ficar tão estúpido quanto um zumbi.

Referências

Papers

Albuquerque, UP. et al. (2011). Natural Products from Ethnodirected Studies: Revising the Ethnobiology of the Zombie Poison Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2012 : 10.1155/2012/202508

Inglis D (2010).The Zombie from Myth to Reality: Wade Davis, Academic Scandal and the Limits of the Real scripted, 7 (2) : 10.2966/scrip.070210.351

Sites

Nature News Blog: “Report finds US slow to implement synthetic biology policies“

NewScientist: “Five easy mutations to make bird flu a lethal pandemic“

Info: “Cientista cria vírus H5N1 mutante, super contagioso“

Blogagem coletiva Fim do Mundo

Esse foi um post da blogagem coletiva “2012: o último carnaval?” promovida pelo ScienceBlogs Brasil, com a colaboração especial do desenhista Pedro Pantai, que elaborou a primeira imagem desse post. Clique nela para acessar o blog de tirinhas do artista.

Synbio: uma revolução da… Informação?

Posted on by
Revolução, já!?

Revolução, já!?

Nossos tempos andam bem corridos. Com certeza a pessoa mais atabalhoada da década de 80 diria o mesmo se pudesse se comparar com uma pessoa “normal” desse mundo entupido com mais de 7 bilhões de pessoas.  Não que hoje em dia o tempo tenha sofrido uma alteração devido a uma curvatura do espaço-tempo causada pelo enorme número de pessoas acumuladas nas cidades  – o que aliás seria bem forçado; a não ser que uma enorme massa vinda do espaço venha para cá, mas aí não haveriam mais pessoas para perceber o tempo -, o mesmo 1 minuto da década de oitenta ainda é o mesmo do nosso tempo – mesmo que hipotéticamente os indivíduos das diferentes épocas percebessem o tempo de maneiras relativamente diferentes por algum motivo desconhecido, cada um em sua época ainda contaria os mesmos 60 segundos para contabilizar 1 minuto -, o que muda mesmo é como percebemos esse tempo passando. Quando muitas coisas acontecem temos muitos referenciais para distinguir um momento diferente de outro, e em um mundo com muitas informações sendo captadas (ou pelo menos emitidas) de uma maneira muito rápida, a nossa sensação de passagem de tempo é bem maior. Temos muitas coisas para distinguir como referenciais a todo momento e de uma maneira muito rápida. Essa é a cara do nosso tempo que deixa o homem mais “sem tempo” dos anos 80 no chinelo: Informação.

Informação por Um, Informação por Todos

?

Isso mesmo. Uns europeus sissudos do CERN, ripongas do vale do silício, e um bando de asiáticos espertos conseguiram mudar o mundo de uma maneira irreparável criando a internet, popularizando o computador (tornando-o pessoal) e deixando-os muito menores e mais baratos. Um grande fato é que a maioria dessas coisas já existiam antes do grande povo (nós!) botar as mãos nessas tecnologias. Em grande centros de pesquisa, é claro. Exatamente por isso que a palavra revolução se encaixa muito bem quando dizemos que o mundo passou por uma revolução da informação: em sua maioria, revoluções políticas – como a francesa, a bolivariana, a russa e etc – um poder passa de um lugar limitado para uma enorme massa de pessoas. O mesmo acontece com a informação: ela é o poder e está completamente esparramada por aí. Não é à tôa que muitas questões políticas foram incendiadas e até mesmo criadas com tudo isso, é só observar melhor a revolução árabe, as mobilizações sociais estudantis em toda américa e, sem precisar observar tanto assim, a resposta da poderosa massa virtual “anonyma” à famigerada PIPA que não voa e à SOPA que não é de comer.

Informação Biológica sem Fronteiras

A biologia sintética, depois de vários anos de gestação em centros de pesquisas por aí afora, nasce justamente como filha desse mundo informacional. É por isso “a cara” da mãe, e aproveita de uma maneira diferente os recursos de nosso admirável mundo novo (admirável mesmo!) em relação às ciências mais velhas, que se anabolizaram com a proliferação de bancos de dados online, colaborações sem fronteiras e acesso rápido e fácil à dados que antigamente você só conseguiria encontrar em missões desafiadoras em bibliotecas enormes pelo mundo. Em vez de ser apenas um ótimo recurso de desenvolvimento e pesquisa, o enorme fluxo de informações dos tempos atuais moldou a característica mais importante da biologia sintética que a torna inegavelmente original: a padronização, o que a diferencia de outras disciplinas como engenharia metabólica, genética, biologia de sistemas, molecular… e por aí vai. Com partes biológicas padronizadas, tanto a troca de informações genéticas em pesquisas como o redesign dessas informações torna-se muitíssimo mais rápido e fácil. A informação flui, torna-se mais útil, cria enormes possibilidades. Assim como a internet deu poder à nós, simples usuários, de sabermos de tudo (ou quase tudo) com apenas uns cliques, a biologia sintética facilitou a troca de informações de tal forma que qualquer um, tendo os equipamentos certos, pode criar “máquinas geneticamente modificadas” em seu quintal. Imagine então com centros de pesquisa!? O limite é a criatividade: basta juntar as partes certas do jeito certo e você tem uma nova aplicabilidade.

Quem mexeu na minha vida!?

"Growth Assembly Project": um esboço de como no futuro as indústrias poderão seus produtos pré-projetados no cultivo daquilo que hoje chamaríamos de "matéria prima" (clique na imagem para ir ao site do projeto).

Mas onde então os sinais da biologia sintética no nosso dia a dia!? Vai demorar um pouco para que todo o modo de produção de produtos industriais, até mesmo commodities, mude (veja imagem acima). A grande mídia vislumbrou com grande alarde pouco tempo atrás a bactéria “chassi perfeito” sintetizada em laboratório pelo grupo de Craig Venter, que seria capaz de ser transformada, de uma maneira super otimizada, em que você quiser, dispensando por exemplo as pesquisas que custam em fazer uma espécie de microrganismo servir adequadamente para produção de uma determinada coisa ou em se comportar de uma determinada maneira. Esse foi um grande avanço que contribuirá ainda mais no futuro quando a Mycoplasma Laboratorium for mais acessível. Não diria portanto que synbio é uma grande mudança do mundo em que vivemos agora, mas é pelo menos uma grande revolução premeditada. Quem sabe no futuro todos os grandes problemas da vida (fome, pobreza) sejam resolvidos com a própria vida, só que um pouco mais sintética.

O que é Biologia Sintética?: Reloaded

Posted on by

Como já foi postado aqui, “o que é biologia sintética?” é uma pergunta pouco difícil de definir. Synbio é uma área de intersecção entre Biologia de Sistemas, Engenharia Genética, Biofísica, Biocomputação, Engenharia Metabólica, Biologia Molecular e áreas relacionadas afins. Portanto, não é nada fácil dizer  que “aquilo” ou “isto” é biologia sintética porque apontar para algo em Synbio é também apontar para outras áreas mais veteranas no mundo da ciência.

Mas então que diabos é isso tudo!? Uma grande “mistureba generalizada de todas as coisas”? Sim, mas não só isso.

Antes de falar do grande aspecto original que a Biologia Sintética tem – que é o detalhe “revolucionário” da coisa toda – deve-se fazer reconhecer algo que ela faz bem melhor do que a engenharia genética: o Design. O conceito de Design na engenharia de um novo sistema sintético é bem amplo, indo desde um design de proteínas (como proteínas quimera, como light switches), passando pelo próprio design do código genético (similar à escrita de um código de programação de computador mesmo), até ao design de todo o sistema biológico baseado na construção gênica feita (um exemplo bem visível disso é do projeto do iGEM com objetivos de criar uma bactéria resolvedora de Sudoku).

A reinvenção das capacidades do design de um sistema biológico foram possíveis não somente devido à novas tecnologias, mas sobretudo devido a uma nova abordagem com a cara dos nossos tempos super-informacionais: construção (biológicas, claro) automatizada e padronização das construções (os biobricks, por exemplo). Isso facilita enormemente o desenvolvimento de diversos dispositivos sintéticos e designs. Além disso, outra fundamentação da biologia sintética seria a abstração, a capacidade de abstrair problemas biológicos em uma visão mais simples, com base em toda a teoria já existente em outras áreas, como computação e a engenharia elétrica (não é à toa que Tom Knight e Randy Rettberg, dois engenheiros elétricos, fizeram parte da criação do iGEM).

Fica muito mais fácil entender tudo isso nas palavras do próprio Drew Andy – um dos pesquisadores que ajudou a fazer o parto da Biologia Sintética – nesse vídeo bem informal filmado em sua própria sala no MIT. Vale a pena conferir! :)

(OBS: é bem informal mesmo!)

Enquete: Qual projeto você acha mais interessante!?

Posted on by

Chegamos ao fim do ano com três projetos bastante interessantes para levarmos ao iGEM e queríamos a opinião de vocês sobre qual deles vocês acham mais legal e o porquê! Deêm uma conferida num resumo super rápido de cada proposta:

Plasmídeo Plug&Play

Cansado de ter que fazer vários passos metodológicos para transformar microrganismos? Você adoraria expressar um gene que você sempre quis em sua bactéria de um jeito fácil, rápido, barato e acessível? Chegou a solução! Com apenas dois pequenos passos você tem em mãos um kit de transformação “faça-você-mesmo” (DIY), sem precisar de equipamentos e reagentes caros! Basta fazer um PCR e depois a transformação! Esqueça outros passos como digestão, ligação, e vários outros PCRs cansativos! Veja aqui o link de um vídeo sobre a proposta.

Rede de Memória Associativa em Bactérias

Imagine se fosse possível reproduzir um comportamento cerebral… sem o cérebro! Esse é um tipo de desafio que muitos cientistas da computação e programadores andam trabalhando por aí. Na Biologia Sintética também! Inspirado em algumas publicações recentes envolvendo experimentos in vitro de sistemas com comportamento de uma rede neural, queremos criar um modelo in vivo disso, e sem usar neurônios: com populações de bactérias! Elas seriam capazes de reconhecer um padrão luminoso incompleto de uma “memória” que possuem e depois completar esse padrão, dando uma saída (output) luminosa com o padrão mais próximo de sua memória em relação ao padrão inicial dado. Já escrevemos um post sobre o caminho de ligações improváveis que fizemos para chegar na ideia desse projeto. Veja aqui o link de um vídeo sobre a proposta.

Sensor de Tensão Mecânica de Membrana

Nós temos mecanismos sensoriais bem parecidos dos que existem em microrganismos. Basicamente eles podem ser: metabólitos, temperatura, luz, voltagem, e até mesmo campos magnéticos. Mas e o “tato”!? Aquele tipo de sensor que usamos a todo momento! Como fazer microrganismos traduzirem um contato físico em uma resposta (igual por exemplo à essa plantinha aqui)!? É o que propõe a ideia desse projeto. Propor um novo sensor que pretende fazer microrganismos nos contarem que os estamos tocando (através desse Biobrick, um “stretch channel”), emitindo luz azul nesse processo (através desse Biobrick, Aequorina). No final, podemos aplicar isso igual ao esquema da figura aí em cima. Veja o link de um vídeo sobre a proposta aqui (< desatualizado, mas no mínimo dá pra entender de onde veio o insight da ideia).

E aí!? O que você acha? Dê o seu pitaco!

SynbioBrasil no Science Blogs!

Posted on by

Após passar por um processo de seleção junto à outros ótimos blogs de ciência brasileiros o SynbioBrasil foi convidado a participar da rede ScienceBlogs Brasil (SBBr), uma das mais importantes e influentes comunidades de blogs sobre ciência do Brasil!

Figuram na SBBr grandes blogueiros da ciência e apoiadores da nossa iniciativa, como Átila Iamarino, do blog Rainha Vermelha, e Carlos Hotta, do Brontossauros em Meu Jardim, isso sem falar nos vários outros ótimos blogs (como o Massa Crítica; Chapéu, Chicote e Carbono-14; e Ciência e Ideias).

Todos nós do time de colaboradores, tanto dos que escrevem no blog, como os que participam da iniciativa para o iGEM 2012, recebemos com grande honra essa oportunidade e esperamos poder continuar nosso trabalho de divulgação científica sobre Biologia Sintética, iGEM e DIY Biology, seguindo nossa filosofia para uma ciência mais aberta, acessível e democrática, que estimule a interdisciplinariedade e integração de universidades, institutos e iniciativas privadas na inovação da pesquisa brasileira através da biologia sintética.

Particularmente, é muito bonito poder fazer parte dessa nova geração de blogs científicos, ainda mais podendo participar da comunidade de blogs que leio desde a adolescência e que com certeza influenciou muitas decisões da minha vida, servindo principalmente para alimentar e incentivar minha curiosidade: um dos bens mais preciosos que alguém pode ter! Obrigado! :)

ScienceBlogs! Lá vamos nós!