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Cientistas que usaram evolução para criar proteínas ganham Nobel de Química

Publicado em 07 outubro 2018

Os pesquisadores levaram a evolução para os tubos de ensaio, tornando o processo mais rápido e fácil. Com alterações e seleção genética, eles conseguiram desenvolver proteínas que ajudaram a solucionar alguns dos problemas químicos da sociedade.

Metade da premiação em dinheiro (9 milhões de coroas suecas, valor equivalente a cerca de R$ 4 milhões) será de Frances Arnold, responsável, em 1993, pela primeira evolução dirigida de enzimas —proteínas que catalisam, ou seja, facilitam reações químicas. Nesse experimento, a melhor proteína conseguida após análise das mutações era uma enzima 256 vezes melhor do que a original.

A pesquisa de Arnold, cientista do Instituto de Tecnologia da Califórnia, possibilita atualmente a produção de substâncias químicas mais amigáveis do ponto de vista ambiental além da possibilidade de desenvolvimento de combustíveis renováveis menos poluentes.

Arnold é a quinta mulher a ganhar o Prêmio Nobel de Química. A última vencedora foi Ada E. Yonath, em 2009. Antes delas, nenhuma pesquisadora tinha sido laureada na área desde 1964.

A outra metade do prêmio será dividida entre George Smith, da Universidade do Missouri, e Gregory Winter, do MRC Laboratório de Biologia Molecular.

Smith é responsável pelo desenvolvimento, 1985, de um mecanismo no qual um bacteriófago —vírus que infecta bactérias— é usado para criar novas proteínas.

Winter, por sua vez, usou esse mecanismo para a evolução dirigida de anticorpos, o que já resultou em novas drogas. O primeiro medicamento a ser produzido a partir desse método —o adalimumab— foi aprovado em 2002 e é usado para o tratamento de artrite reumatoide, psoríase e doença inflamatória intestinal.

O mesmo mecanismo já possibilita hoje a criação de anticorpos que podem neutralizar toxinas, frear doenças do sistema imune e até mesmo curar câncer metastático, com imunoterápicos —área de pesquisa vencedora do Nobel de Medicina de 2018.

Segundo Sara Snogerup Linse, membro do Comitê do Nobel para Química, Arnold (na área de biocombustíveis) e Winter (com anticorpos) já detêm patentes relacionadas às suas pesquisas.

Para ter controle sobre a evolução, Arnold tomou em suas mãos a seleção natural —pelo menos quanto as enzimas com as quais estava trabalhando.

A cientista inseriu mutações nos genes de uma enzima e colocou esse código genético mutante em uma bactéria, que acabou por gerar milhares de variações da enzima original.

O próximo passo do trabalho da pesquisadora consistiu em selecionar as enzimas que eram mais aptas para o fim pretendido —conseguir que a proteína catalisasse reações em soluções além das baseadas em água.

Arnold estudava uma enzima que interage com a caseína, que é uma proteína do leite. A cientista, então, fez testes com a caseína no tipo de solução em que ela gostaria que as enzimas funcionassem. Desse modo, as enzimas mutantes que melhor quebrassem a caseína seriam selecionadas e passariam por novas mutações aleatórias.

Ao fim, o melhor resultado alcançado pela pesquisadora americana tinha a combinação de dez mutações diferentes.?

Parte do raciocínio de seleção presente na pesquisa de Arnold é semelhante ao que Smith e Winter desenvolveram em suas pesquisas. Eles, porém, usavam uma “pescaria” para fazer suas seleções.

Smith, primeiramente, teve que desenvolver uma “isca”. Para isso, inseriu um gene no DNA de um bacteriófago. Com isso, o cientista acreditava que a proteína resultante ficaria visível na parte externa do vírus. E foi isso mesmo que aconteceu.

Com essa isca (que pode ser um peptídeo —conjunto de aminoácidos—, um anticorpo), é possível pescar outras proteínas ou antígenos. A técnica de Smith ganhou o nome de fago display.

Por fim, o britânico Winter levou a técnica a frente e conseguiu que o local de ligação de anticorpos se manifestasse na área externa do bacteriófago. Basicamente, ele conseguiu aplicar a evolução dirigida à técnica de fago display. Uma revolução farmacêutica começa a partir daí, com a possibilidade da seleção de anticorpos com grande afinidade a determinados antígenos.

Já em 1994, Winter conseguiu desenvolver anticorpos que conseguem atacar com grande especificidade células cancerígenas.

“Com essa técnica você aumenta a chance de achar um ligante”, diz Paulo Sérgio de Oliveira, pesquisador do Cnpem (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais). Com o conhecimento já desenvolvido sobre a área, hoje é possível fazer essas varreduras computacionalmente.

Oliveira afirma que no Cnpem são pesquisadas, a partir dos mecanismos vencedores do nobel, formas de diagnóstico de zika e de tratamento de sepse —uma grave infecção generalizada.

Além da possibilidade de aperfeiçoar o que já existe, com a evolução dirigida é possível criar enzimas do zero, que não existem na natureza, diz Fábio Cesar Gozzo, do Instituto de Química da Unicamp. “É uma área que se inspira na natureza, mas na qual conseguimos ir muito além, fazer algo melhor do que existe.”

O design de proteínas —criar uma molécula— é um dos ramos relacionados à evolução dirigida. É esse tipo de criação que Allan Ferrari faz na Universidade de Washington, com auxílio de uma bolsa Fapesp.

Esse tipo de toxina é produzida por fungos, pode afetar humanos e, por mais que os micro-organismos sejam eliminados, ela pode continuar nos alimentos. Uma abordagem mais radical ainda, segundo Ferrari, seria criar uma proteína que conseguisse quebrar a substância tóxica.

O laboratório de Arnold, ganhadora do nobel, também já realiza pesquisas na área de criação, trabalhando com uma química que não existe na natureza.

Além dos 9 milhões de coroas suecas, os vencedores também ganham uma medalha com a silhueta de Alfred Nobel e um diploma.

A láurea da área é destinada aos que fizeram as mais importantes descobertas ou aperfeiçoamentos químicos, segundo o testamento de Nobel (1833-1896).

Para a nomeação para o prêmio, o Comitê do Nobel para Química envia fichas confidenciais para pesquisadores qualificados —como membros da Academia Real Sueca de Ciências e laureados anteriores nas áreas de física e química— fazerem indicações. Ninguém pode indicar a si mesmo.

A láurea da área é destinada aos que fizeram as mais importantes descobertas ou aperfeiçoamentos químicos, segundo o testamento de Alfred Nobel (1833-1896).

A química era a ciência de maior importância no trabalho de Nobel, inventor da dinamite. Ele também foi responsável pelo desenvolvimento de borracha e couro sintéticos e seda artificial. Nobel registrou 355 patentes em seus 63 anos de vida.

Em 2017, o Nobel de Química premiou pesquisas de criomicroscopia eletrônica, processo pelo qual é possível congelar moléculas em meio a processos bioquímicos. Dessa forma, é possível ver com maior precisão a superfície delas e o funcionamento do organismo. Trata-se de uma fotografia da vida.

Os últimos premiados da área foram Jacques Dubochet, da Universidade de Lausanne, Joachim Frank, da Universidade Columbia e Richard Henderson, da Universidade de Cambridge.

Se na premiação de física deste ano, pela terceira vez na história, uma mulher recebeu a láurea da área, na química a situação não é muito melhor. Desde 1901 —primeiro ano da cerimônia—, o prêmio só acabou quatro vezes nas mãos de mulheres. A quinta ocorreu neste ano. Além de Frances Arnold e Ada Yonath, já receberam a láurea Marie Curie, Irène Joliot-Curie e Dorothy Crowfoot Hodgkin.

Na história do Nobel, em oito ocasiões, devido às duas guerras mundiais, a láurea de química não foi entregue —1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 e 1942.

Entre as pesquisas já premiadas estão a descoberta e trabalho com elementos químicos rádio e polônio (Marie Curie, 1911) e a pesquisa sobre ligações químicas (Linus Pauling – 1954).

Com a entrega do prêmio de química, agora restam as láureas da paz, a ser entregue nesta sexta (5), e de economia, que será divulgada na segunda-feira (8).

Por conta de uma série de denúncias e escândalos, a Academia Sueca anunciou que o Nobel de Literatura de 2018 não será entregue. A premiação de 2019 também corre risco de não ocorrer.

Em novembro de 2017, o jornal Dagens Nyheter informou que pelo menos 18 mulheres acusavam Jean-Claude Arnault –importante figura no meio cultural sueco– de assédio e agressão sexual. O homem é casado com uma membro da academia, a poeta Katarina Frostenson. Ambos são dirigentes de um clube cultural chamado Fórum, que recebia verbas da Academia Sueca.

Segundo o jornal, as agressões de Arnault a mulheres teriam ocorrido, nos últimos 20 anos, no clube e em imóveis de propriedade da Academia, em Estocolmo e Paris.

O escândalo, de acordo com o Dagens Nyheter, também envolve sete vazamentos do ganhador do Nobel de Literatura, desde 1996.