A união entre pesquisadores de várias universidades, entre elas, a UNESP, está garantindo ao Brasil um lugar na linha de frente dos estudos de uma nova geração de medicamentos contra doenças como a tuberculose, enfermidade cada vez mais resistente a antibióticos e que já atinge 130 mil casos anuais no País. Para enfrentar males como esse, cientistas estão utilizando desde recursos tradicionais, como a síntese de substâncias em laboratório, até ferramentas de áreas na fronteira do conhecimento, como a Genômica e o seu desdobramento, a Pós-Genômica, que inclui técnicas avançadas, como a clonagem de proteínas e o drug design — processo em que a estrutura molecular de drogas é projetada com ajuda de poderosos computadores.
Para entender a Pós-Genômica, é necessário lembrar que a organização dos seres vivos é comparável a um grande texto contido no DNA, o ácido desoxirribonucléico, no qual as bases (adenina, timina, citosina e guanina) seriam as letras que, ao se combinarem, formam palavras — no caso, os genes. (Veja matéria página 10.) "Inicialmente, o Projeto Genoma promoveu o seqüenciamento, ou seja, levantou a seqüência das bases que formam o ser humano e outros organismos. Após a montagem desse enorme 'dicionário', o novo desafio é entender o significado daquilo que ele ajuda a escrever. "Aí entra a Pós-Genômica", afirma o físico Walter Filgueira de Azevedo Júnior, do Departamento de Física do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas (Ibilce) da UNESP, campus de São José do Rio Preto.
Azevedo é justamente um dos líderes da UNESP nos estudos da Pós-Genômica, ciência criada no fim dos anos 90 que tem como objetivo entender como seqüências do DNA codificam determinadas proteínas, responsáveis pelo comando de processos orgânicos como a divisão celular e a digestão. Mas a compreensão do funcionamento de uma proteína — uma macromolécula formada por moléculas menores, os aminoácidos — apenas é possível com o deciframento de sua estrutura tridimensional. "Para desvendar uma proteína, não basta conhecer a seqüência das bases que a compõem — é preciso verificar como elas se organizam espacialmente", explica Azevedo.
QUATRO INSTITUIÇÕES
Os trabalhos reúnem, além de dois grupos da UNESP — o de Azevedo e o do biólogo Mário Sérgio Palma, do Centro de Estudos de Insetos Sociais (Ceis) e professor do Departamento de Biologia do Instituto de Biociências (IB), campus de Rio Claro —, cientistas de mais três instituições: as Universidades Federais do Rio Grande do Sul (UFRGS), Ceará (UFCE) e Santa Catarina (UFSC). Ao todo, são 120 pessoas envolvidas, entre docentes, pós-doutores e alunos de pós-graduação e graduação, num arco de disciplinas que vão da Biologia à Matemática. "As duas equipes da UNESP também integram a Rede de Biologia Molecular Estrutural (SMOLBNet), um dos programas especiais da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp)", informa Palma.
A rede acadêmica do projeto do medicamento antituberculose conta com a importante participação do docente da UFCE Ícaro de Souza, que desenvolve, por meio de sínteses químicas, as drogas candidatas a exterminar o Mycobacterium tuberculosis, a bactéria que provoca a doença. O material é enviado para o médico veterinário Diógenes Santiago Santos, da UFRGS, coordenador geral do projeto. Além de testar as drogas em culturas de bactérias, o grupo gaúcho já seqüenciou o DNA e fez a clonagem de enzimas (um tipo de proteína) que formam a via metabólica — ou seja, a transformação bioquímica — do ácido chiquímico da bactéria, processo fundamental para a sobrevivência da causadora da tuberculose.
Graças ao uso de uma outra bactéria, a Escherichia coli, que serve como uma espécie de usina biológica, em que as seqüências de DNA do Mycobacterium tuberculosis são traduzidas em proteínas, ocorre um processo de clonagem. "Isso permite a superexpressão, ou seja, a produção em grande quantidade dessas proteínas, que, no nosso caso, são centenas de miligramas desse produto", comenta Santos.
Feito isso, as proteínas são isoladas e, então, mandadas para as equipes da UNESP e da UFSC, coordenada pelo professor João Batista Calixto, que utiliza a técnica denominada ressonância plasmônica de superfície, em que a proteína é imobilizada num chip, um sensor que, ao receber um feixe de luz concentrado, denuncia se alguma das substâncias se liga à proteína. Feito de ouro coloidal, o chip constitui uma espécie de "gaiola" em que a proteína é submetida à ação de extratos vegetais e microrganismos. "Essa técnica já permitiu que testássemos cerca de 600 substâncias diferentes", esclarece Calixto.
Na UNESP, ocorre a etapa pós-genômica do projeto. De posse do material e dos dados vindos da UFRGS, o grupo de Rio Claro investiga, com equipamentos e softwares específicos, qual é a estrutura primária das enzimas, isto é, a seqüência em que os aminoácidos estão ligados. Palma explica que, utilizando a técnica de espectrometria de massas (veja quadro na página 8), os pesquisadores de seu grupo verificam se a seqüência de DNA da enzima clonada corresponde à do Mycobacterium tuberculosis. "Nossos exames também garantem que não haja substâncias contaminantes no material", diz. Palma e sua equipe também estudam a interação da enzima com o medicamento sintetizado na UFCE. "Nesse caso, verificamos como a droga se encaixa na estrutura tridimensional da proteína", esclarece.
Os resultados obtidos em Rio Claro orientam o grupo do Ibilce, onde se dá a fase de montagem tridimensional das proteínas por meio de recursos como a cristalografia e a bioinformática, que permitiram aos pesquisadores determinar a estrutura de várias proteínas da bactéria causadora da tuberculose, entre elas a Inha-Redutase. "Ela controla a formação da parede que reveste essa bactéria. Isso permitiu definir quais drogas são as mais eficazes entre aquelas testadas", explica Azevedo.
DROGA É UMA CHAVE
A equipe do Ibilce realiza um trabalho científico de ponta: o drug design. "A droga pode ser comparada a uma chave", explica Azevedo. "Nós sugerimos alterações no seu desenho para que ela se encaixe melhor na 'fechadura', ou seja, a estrutura da proteína." A partir das sugestões apresentadas no drug design, a equipe de Souza, da UFCE, tenta produzir novas estruturas de drogas, por meio de sínteses. Para garantir os cálculos complexos necessários a toda essa pesquisa, um dos integrantes da equipe do Ibilce, João Carlos Câmera Júnior, 22 anos, aluno de graduação de Matemática, desenvolveu um Cluster Beowulf, equipamento com um desempenho semelhante ao de um supercomputador, gastando apenas R$ 60 mil, quando as máquinas desse porte custam por volta de R$ 3,5 milhões. "O trabalho vem tendo grande repercussão e até recebi uma carta do ministro da Educação, Cristovam Buarque, me convidando a visitar seu gabinete, em Brasília, para discutir maneiras de estimular os estudantes do País a realizarem pesquisa científica", afirma.
De acordo com Santos, da UFRGS, o esforço dos cinco grupos de pesquisa já levou à seleção de duas drogas antituberculose com potencial de uso comercial. "Falta realizar agora testes pré-clínicos, em animais e seres humanos. Isso mostra que somos capazes de desenvolver produtos importantes para a saúde dos brasileiros utilizando tecnologias sofisticadas," afirma. Para Palma, tão valiosa quanto a produção de novos fármacos, é a formação de um quadro de especialistas qualificados em áreas científicas de ponta. "Os grupos da UNESP e da UFRGS permutam o conhecimento das técnicas utilizadas pelo envio de alunos estagiários e da troca constante de informações", avalia o docente do Ceis.
OUTRAS PESQUISAS
O know how obtido no caso da bactéria da tuberculose também beneficia as pesquisas que os grupos de Rio Claro e São José Rio Preto desenvolvem na SMOLBNet. Entre os trabalhos em andamento, está o estudo da Xyllela fastidiosa, a bactéria do amarelinho, cujo DNA foi seqüenciado no Projeto Genoma. "As mesmas transformações bioquímicas sofridas pelo ácido chiquímico no Mycobacterium tuberculosis ocorrem na Xyllela", assegura Palma.
Segundo Azevedo, nessa pesquisa, que também conta com a participação do grupo coordenado por Jesus Aparecido Ferro e Maria Inês Tiraboschi Ferro, da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV) da UNESP, campus de Jaboticabal, são usados principalmente recursos da bioinformática. "Estamos fazendo modelos estruturais de todas as proteínas identificadas no genoma dessa bactéria", informa.
No projeto da Xyllela, há outra linha de pesquisa vinculada ao SMOLBNet que une as equipes de Palma e Azevedo à da professora Eloiza Helena Tajara, também do Ibilce — que esteve envolvida com o Projeto Genoma Câncer, analisando tumores de cabeça, pele e pescoço. Um projeto realizado pela bióloga e pós-doutoranda Fernanda Canduri, do grupo de Azevedo, analisa três variedades das proteínas CDKs, que regulam o processo de divisão celular. "Descontroladas, elas podem estimular a proliferação desregulada da divisão celular, provocando cânceres", explica Eloíza.
Das 13 CDKs conhecidas, Fernanda estuda as de números 8, 9 e 10. "A partir de trechos de DNA, já obtive a CDK 9", esclarece. "Ela é importante porque também está relacionada à duplicação do vírus HIV." O grupo da bióloga Eloiza colabora com a pesquisa promovendo a clonagem e expressão de alguns genes relacionados ao câncer. "Para fazer as análises estruturais, é preciso um volume significativo da proteína pesquisada, o que só é possível com a clonagem do gene a ela relacionado", afirma a docente do Ibilce.
A equipe de São José do Rio Preto também se esforça para ter acesso a novas ferramentas de pesquisa, entre elas a Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Um exemplo é o biofísico e doutorando Valmir Fadel, orientado do professor Azevedo no programa de pós-graduação em Biofísica Molecular do Ibilce. Para tentar elucidar a estrutura tridimensional da crotamina, proteína extraída do veneno da cascavel, ele realiza estágio em Zurique, na Suíça, no laboratório de Kurt Wütrich, um dos ganhadores do Prêmio Nobel de Química de 2002 justamente pelo desenvolvimento dos estudos da RMN. "O fato de a minha pesquisa ser feita com um vencedor do Nobel é a demonstração da sintonia do grupo do Ibilce com o que há de mais avançado no setor", conclui Fadel.
Mais informações sobre as pesquisas em andamento podem ser obtidas no site do Laboratório de Sistemas Biomoleculares do Departamento de Física-Ibilce-UNESP (www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br) e do Centro de Estudos de Insetos Sociais (Ceis) (www.rc.unesp.br/ib/ceis).
RECURSOS DA PÓS-GENÔMICA
Cristalografia — As proteínas são cristalizadas, por meio do uso de sais e substâncias precipitadoras, como o polietilenoglicol, e depois submetidas a raios X . A radiação sobre as moléculas cristalizadas espalha-se por várias direções e é registrada numa placa ou filme. Após a interpretação desse registro, com a ajuda de computadores, é determinada a estrutura tridimensional da molécula.
Bioinformática — Método em que, por meio de computação, os pesquisadores utilizam seqüências de aminoácidos definidas no Projeto Genoma e as comparam com as seqüências de proteínas já depositadas num banco de dados internacional. Se houver semelhanças, a estrutura da proteína já identificada é usada como um molde, para montar a nova estrutura.
Drug design — Com recursos de informática, são projetadas virtualmente modificações na estrutura das moléculas das drogas, para que elas tenham bom ajuste à proteína que precisam atacar.
Espectrometria de massas — Representa o coração de uma nova ciência, a Proteômica, que busca identificar a função das proteínas a partir do seqüenciamento de alguns trechos de DNA. Por essa técnica, moléculas ainda desconhecidas são fragmentadas e cada pedaço é estudado e interpretado. Esclarecida, a estrutura da molécula é montada em nível bidimensional.
Ressonância magnética — Nessa técnica, a proteína fica em uma solução e é submetida a campos magnéticos transmitidos por aparelhos chamados espectrômetros de massa — que funcionam como se fossem ímãs potentes. O magnetismo interage com os átomos da proteína, que emitem um sinal de radiofreqüência com informações sobre sua localização na molécula. A partir desses dados, é montado o mapa tridimensional da proteína.
PROTEÍNAS EM FOCO
Programa da Fapesp objetiva elucidar estrutura tridimensional
Criado pela Fapesp em 2001, o SMOLBNet é um programa especial cujo objetivo é elucidar a estrutura tridimensional de proteínas, principalmente as associadas aos genes seqüenciados pelos brasileiros no Projeto Genoma. "As atividades do SMOLBNet envolvem a identificação e clonagem de genes e a produção, isolamento e purificação de proteínas, que serão depois cristalizadas e terão sua estrutura identificada", informa José Fernando Perez, diretor-científico da Fundação.
Promovido em parceria com o Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS), o programa soma 16 grupos no Estado. Perez enfatiza que cerca de 230 genes já foram clonados, 130 proteínas expressas (ou seja, produzidas), 52 purificadas e 38 estão em fase de cristalização. "E já temos oito estruturas moleculares de proteínas resolvidas", assegura. Além dos grupos de Palma e Azevedo, outros grupos da UNESP participam do programa.
Um deles reúne os biofísicos Raghuvir Arni, do Departamento de Física do Ibilce, e Marcos Roberto de Mattos Fontes, do Departamento de Física e Biofísica do IB de Botucatu, além dos docentes da USP de Ribeirão Preto Richard J. Ward e Roy E. Larson — o coordenador dos trabalhos. O grupo já obteve a cristalização de quatro proteínas. Entre os estudos em andamento estão o da enzima álcool desidrogenase secundária, encontrada em bactérias termofílicas — que vivem em temperaturas em torno de 90º C — e relacionada à síntese de compostos quirais, ligados a processos de fermentação utilizados em indústrias biotecnológicas. "Esse trabalho envolve a tese realizada pela doutoranda Leandra Watanabe no Programa de Pós-Graduação em Biofísica Molecular do Ibilce", informa Arni.
Outra linha de pesquisa desenvolvida por Arni e Fontes são os estudos de proteínas ligadas ao controle e regulação da coagulação sangüínea, sendo que algumas já foram utilizadas em tratamentos de pacientes que sofreram enfartes. "Nosso objetivo é entender como elas agem e, dessa forma, abrir caminhos para o desenvolvimento de produtos contra a hipertensão, por exemplo", acentua Fontes.
Arni destaca a importância do SMOLBNet. "Essa iniciativa visionária permitiu a união de grupos de diferentes áreas de pesquisa, que somaram esforços para a realização de trabalhos que poderão trazer a curto prazo resultados práticos para o País, além de proporcionar a formação de especialistas em áreas de ponta", comenta.
Para Arni, uma das vantagens do programa é a garantia de recursos para a contratação de pesquisadores qualificados, que não estão sendo absorvidos pelas Universidades. Esse é o caso de Priscila Belintani, que atua em colaboração com o grupo de Fitovirologia do Ibilce, em pesquisas com proteínas de vírus de plantas. "O financiamento fornecido pelo SMOLBNet também permite que alunos de graduação participem das atividades de pesquisa, além de possibilitar a contratação de técnicos especializados para dar suporte aos trabalhos", ressalta Arni.
O terceiro grupo congrega as equipes de dois professores de Araraquara: Sandro Roberto Valentini, do Departamento de Ciências Biológicas da Faculdade de Ciências Farmacêuticas (FCF) — coordenador dos trabalhos — e Maria Célia Bertolini, do Departamento de Bioquímica e Tecnologia Química do Instituto de Química (IQ). O grupo de Valentini pesquisa as proteínas eIF5A, Pub1 e Hrp1, envolvidas no metabolismo do RNA mensageiro. Os estudos das duas primeiras já estão em fase avançada, com a produção de microcristais. "No caso específico da eIF5A, proteína relacionada à proliferação celular, a sua análise estrutural poderá permitir a obtenção de novos bloqueadores específicos e com atividade antitumoral", afirma o docente.
A equipe de Maria Célia, que no Projeto Genoma esteve envolvida no seqüenciamento dos genes da Xanthomonas axonopodis pv. citri, pesquisa três proteínas ligadas à ação da bactéria. "Elas estão relacionadas ao mecanismo de resistência desse microrganismo ao cobre, que é a base de vários agrotóxicos. Já temos as proteínas puras, que em breve serão analisadas para obtenção de cristais e posterior determinação estrutural, afirma a pesquisadora.
André Louzas
PANDORA, A SUPERMÁQUINA
Montagem custou apenas R$ 60 mil
O desafio de chegar à definição da estrutura tridimensional das proteínas envolve o uso de muitos cálculos e modelos matemáticos e, para isso, os pesquisadores lançam mão de supercomputadores. A UNESP chegou a adquirir um da IBM, há seis anos, com o auxílio da Fapesp, por US$ 1,4 milhão. Com o aumento de demanda de trabalho, o grupo de Walter Filgueira de Azevedo Júnior, do Ibilce, sentiu a necessidade de outra máquina desse tipo. Nesse momento, entrou em ação o talento de João Câmera Júnior, bolsista de iniciação científica orientado pelo docente. Por intermédio de José Márcio Machado, professor do Departamento de Ciências de Computação e Estatística, também do Ibilce, ele realizou um treinamento no Centro Técnico Aeroespacial (CTA), em São José dos Campos, em 2001, onde acompanhou a montagem de um supercomputador.
No Ibilce, a partir do uso da tecnologia Cluster Beowulf, Câmera Júnior unificou, em três semanas, 16 PCs de alta velocidade, com 40 gigabytes cada, totalizando quase 1 terabyte de disco disponível — 1 trilhão de bytes. Com maior capacidade de memória e um processador 120 vezes mais rápido que o do outro computador, a supermáquina, batizada de Pandora, custou apenas R$ 60 mil. "Além de ser mais barato que o equipamento da IBM, o Pandora tem excelente capacidade de tráfego de dados e, durante um ano de funcionamento, nunca travou", comenta Câmera Júnior. O estagiário está montando dois outros supermáquinas no Ibilce. "Eles poderão ser acessados remotamente por outros grupos de pesquisa da UNESP e de outras universidades que necessitam da bioinformática", explica.
Júlio Zanella
EVENTO - DIA DA TECNOLOGIA
Pesquisas são apresentadas em Washington
Pesquisadores da UNESP participaram do I Brazilian Tech Day (I BTDay) — I Dia da Tecnologia Brasileira —, realizado no National Institute of Standards and Technology (NIST — Instituto Nacional de Tecnologia e Padrões), em fevereiro último, em Washington, EUA. Embora instituições de pesquisa e pesquisadores venham empreendendo esforços para internacionalizar a produção científica brasileira, esta foi a primeira vez que as principais universidades e institutos se reuniram para apresentar a produção brasileira num país grande gerador de tecnologia, como os EUA. "O evento foi uma excelente oportunidade de mostrar nos EUA que o Brasil desenvolve pesquisas de grande aplicabilidade", disse o reitor da UNESP, José Carlos Souza Trindade.
A Universidade esteve presente com dois trabalhos. O engenheiro Hermann Jacob Cornelis Voorwald, da Faculdade de Engenharia (FE) da UNESP, campus de Guaratinguetá, apresentou pesquisa desenvolvida em parceria com a Embraer-Liebherr, sobre como aumentar a resistência ao desgaste, à fadiga e à corrosão em trens de pouso de aeronaves. Já o grupo do Instituto de Química (IQ), campus de Araraquara, coordenado pelo químico Younes Messaddeq, mostrou trabalho, realizado em parceria com a Ericsson, para desenvolver materiais para confecção de fibras ópticas especiais. "Elas aumentam a largura da banda de transmissão de fibras ópticas à base de sílica, atualmente usadas em telecomunicação", afirmou o docente do IQ. "Os pesquisadores americanos manifestaram interesse pelos nossos estudos na área de cristais fotônicos, minúsculos cristais com ótima qualidade óptica".
Entre as autoridades presentes ao evento estavam o embaixador Rubens Antonio Barbosa, o secretário de políticas tecnológicas industriais do Ministério de Ciência e Tecnologia do Brasil, Francelino Lamy de Miranda Grando, e o diretor superintendente do IPT, Guilherme Ary Plonski. Na ocasião, também ocorreu, com a presença do diretor científico da Fapesp, José Fernando Perez, o lançamento da primeira edição especial em inglês da revista Pesquisa FAPESP, com uma seleção de matérias jornalísticas sobre pesquisa científica e tecnológica brasileira. Por sua vez, a revista Scientific American publicou, em sua edição brasileira, encarte especial sobre os trabalhos envolvidos no evento, incluindo um reparte com 20 mil exemplares em inglês, distribuído para um público bastante influente na comunidade de C&T norte-americana.
Além das pesquisas da UNESP, outros 20 estudos de inovação tecnológica, selecionados pelas instituições participantes, como USP, Unicamp e IPT, representaram o País na I BTDay, que teve o apoio da Embaixada do Brasil em Washington e dos ministérios do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, Ciência e Tecnologia e Relações Exteriores. Houve ainda um lançamento oficial, na sede da Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (Fiesp), cinco dias antes da realização do evento nos EUA, que contou com a presença do secretário estadual da Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico e Turismo, João Carlos de Souza Meirelles. Para que a iniciativa permaneça, foi criada uma comunidade virtual — www.cgecon.mre.gov.br — mediada pelo Centro de Gestão Estratégica do Conhecimento, do Departamento de Ciência e Tecnologia do Ministério das Relações Exteriores (CGECon).
Notícia
Jornal da Unesp