Inovação em diagnóstico para infarto agudo do miocárdio

     As doenças cardiovasculares, antes da pandemia do novo coronavírus, consistiam na primeira causa de morte no Brasil, sendo atualmente a segunda causa (https://noticias.uol.com.br/saude/ultimas-noticias/estado/2020/05/20/coronavirus-supera-cancer-e-enfarte-por-dia-ja-e-a-1-causa-de-mortes-no-pais.htm). Dentre estas doenças, o infarto agudo do miocárdio, foi projetado para ser a principal causa em 2020 (https://portalatlanticaeditora.com.br/index.php/enfermagembrasil/article/view/776/html).

     O infarto ocorre com a diminuição ou ausência do fluxo sanguíneo para o coração, comumente por obstrução de artéria coronária causada por placas de colesterol (placa de ateroma) que desencadeiam processo inflamatório. Desta forma, as células cardíacas são privadas de nutrientes e de oxigênio e podem morrer: o que conduz à lesão do órgão e prejuízo parcial ou total de sua capacidade de bombear sangue (https://www.fleury.com.br/manual-de-doencas/infarto-agudo-do-miocardio).

     São reconhecidos cinco tipos de infarto: 1) o que tem a presença da placa de ateroma como fator causador; 2) o causado por desequilíbrio entre consumo de oxigênio e sua oferta ao músculo cardíaco, pós cirurgia ou devido à anemia, por exemplo; 3) o fulminante que causa morte súbita; 4) o que sucede angioplastia coronária após a qual restam fragmentos da placa de ateroma ou há formação de trombos no stent (estrutura metálica colocada pela equipe médica no interior da artéria – Figura 1); 5) o que sucede a cirurgia de ponte de safena (https://www.hcor.com.br/hcor-explica/cardiologia/infarto-do-miocardio-adote-habitos-que-protegem-o-seu-coracao-para-poder-evita-lo/).

Figura 1: Stent. Fonte: https://folhadomate.com/noticias/cateterismo-cardiaco-pelo-sus-apenas-em-casos-de-emergencia/ e http://www.sobrice.org.br/paciente/procedimentos/angioplastia-e-colocacao-de-stent.

     Dentre os sintomas mais comuns estão dor no peito irradiando para queixo, ombro e braço esquerdos, sudorese, náusea e dificuldade para respirar. No entanto pode não manifestar-se por meio de sintomas (https://www.uol.com.br/vivabem/noticias/redacao/2018/10/23/infarto-dor-no-peito-nao-e-unico-sinal-veja-sintomas-e-causas-da-doenca.htm).

     Dada a importância do socorro o mais rápido possível para definir o destino do paciente, diferentes grupos de pesquisa pelo mundo tem buscado descobrir eficientes biomarcadores (para definição: https://cientistasfeministas.wordpress.com/2017/12/13/fadiga-cronica-e-a-relacao-com-a-microbiota-intestinal/) para indicar com segurança o risco de o paciente vir a sofrer o infarto.

     São pesquisados no sangue dos pacientes com suspeita de infarto agudo do miocárdio os níveis de triglicerídeos (https://drauziovarella.uol.com.br/drauzio/artigos/triglicerides-e-doenca-das-coronarias-artigo/), colesterol total, HDL (lipoproteína de alta densidade), LDL (lipoproteína de baixa densidade) (https://drauziovarella.uol.com.br/drauzio/artigos/risco-de-ataque-cardiaco-artigo/), ácido úrico (https://saude.abril.com.br/medicina/o-acido-urico-vai-muito-alem-da-gota/) e a presença de biomarcadores como mioglobina, creatina quinase-MB e troponina cardíaca I (https://www.fleury.com.br/medico/artigos-cientificos/marcadores-bioquimicos-de-lesao-cardiaca).

     Visando reduzir o tempo de espera pelos resultados e gerar economia no diagnóstico um grupo de pesquisadores chineses, sob coordenação dos professores Yongxiang Zhao e Nongyue He da Guangxi Medical University, recentemente publicou um artigo com um novo método de diagnóstico (Figura 2) com realização simultânea de todas as medidas relatadas no parágrafo anterior (Huang et al., 2020).

Figura 2: Novo dispositivo para realização simultânea de 8 importantes exames para determinar risco, detectar e acompanhar a evolução do infarto agudo do miocárdio. Fonte: Adaptado de Huang et al., 2020.

     Os pesquisadores desenvolveram uma tira com duas seções importantes: uma delas fica sob o local no qual o soro do paciente (amostra) é depositado. Nesta seção existem 4 diferentes regiões para detecção fotométrica (através da geração de compostos coloridos) e determinação de concentração de: 1) colesterol (TC); 2) triglicerídeos (TG); 3) HDL (HDL-C);  4) ácido úrico (UA). Os níveis de LDL podem ser calculados com base nos resultados (https://dms.ufpel.edu.br/casca/modulos/ldl-main#comp/ldl-main). Na outra seção a detecção de biomarcadores ocorre por meio de fluorescência para verificar a presença de mioglobina (Myo), creatina quinase (CK-MB) e troponina (cTnI) através de anticorpos que identificam cada uma destas proteínas.

     Os resultados de experimentos realizados utilizando-se amostras de pacientes foram mais precisos e rápidos do que os obtidos pelos métodos atualmente em uso, fazendo do novo método proposto uma interessante ferramenta para diagnosticar o infarto agudo do miocárdio e também determinar o risco de sua ocorrência em pacientes.

        

Referências

Fiorini D (2019) O ácido úrico vai muito além da gota. Disponível através do link <https://saude.abril.com.br/medicina/o-acido-urico-vai-muito-alem-da-gota/>. Acesso em: 24/08/2020.

Fleury (2020) Infarto Agudo do Miocárdio. Disponível através do link <https://www.fleury.com.br/manual-de-doencas/infarto-agudo-do-miocardio>. Acesso em 24/08/2020.

Fleury (2007) Marcadores bioquímicos de lesão cardíaca. Disponível através do link <https://www.fleury.com.br/medico/artigos-cientificos/marcadores-bioquimicos-de-lesao-cardiaca>. Acesso em 24/08/2020.

HCor (2020) Infarto agudo do miocárdio: adote hábitos saudáveis e proteja seu coração. Disponível através do link <https://www.hcor.com.br/hcor-explica/cardiologia/infarto-do-miocardio-adote-habitos-que-protegem-o-seu-coracao-para-poder-evita-lo/>. Acesso em 24/08/2020.

Huang L, Zhang Y, Su E et al. (2020) Eight biomarkers on a novel strip for early diagnosis of acute myocardial infarction. Nanoscale Adv 2: 1138.

Kruse, T (2020) Coronavírus supera câncer e enfarte; por dia, já é a 1ª causa de mortes no Brasil. Disponível através do link <https://noticias.uol.com.br/saude/ultimas-noticias/estado/2020/05/20/coronavirus-supera-cancer-e-enfarte-por-dia-ja-e-a-1-causa-de-mortes-no-pais.htm >. Acesso em 23/08/2020.

Pronin T (2018) Infarto: dor no peito não é único sinal; veja sintomas e causas da doença. Disponível atrvés do link <https://www.uol.com.br/vivabem/noticias/redacao/2018/10/23/infarto-dor-no-peito-nao-e-unico-sinal-veja-sintomas-e-causas-da-doenca.htm>. Acesso em 24/08/2020.

Silva AS, Ferraz MOA, Biondo CS, de Oliveira BG (2018) Características sociodemográficas das vítimas de infarto agudo do miocárdio no Brasil. Enfermagem Brasil 17(6): 1-4.

UFPEL (2014) Calculadora de LDL Colesterol. Disponível através do link <https://dms.ufpel.edu.br/casca/modulos/ldl-main#comp/ldl-main>. Acesso em 24/08/2020.

Varella D (2011) Triglicérides e doença das coronárias. Disponível através do link <https://drauziovarella.uol.com.br/drauzio/artigos/triglicerides-e-doenca-das-coronarias-artigo/>. Acesso em 24/08/2020.

Varella D (2011) Risco de ataque cardíaco. Disponível através do link <https://drauziovarella.uol.com.br/drauzio/artigos/risco-de-ataque-cardiaco-artigo/>. Acesso em 24/08/2020.

CRISPR/Cas: A revolução do século está prestes a enfrentar seu maior desafio

O ano de 2012 foi o responsável por gerar, principalmente nos indivíduos que sofriam com doenças genéticas, uma grande esperança. As cientistas Emmanuelle Charpentier (https://pt.wikipedia.org/wiki/Emmanuelle_Charpentier) e Jennifer Doudna (https://pt.wikipedia.org/wiki/Jennifer_Doudna) propuseram uma técnica capaz de permitir aos humanos a capacidade de editar o DNA e corrigir erros no genoma humano, responsáveis por causarem doenças.

A técnica proposta é conhecida como CRISPR/Cas9 e é inspirada num mecanismo de defesa bacteriano (https://cientistasfeministas.wordpress.com/2017/05/11/entenda-a-nova-arma-da-engenharia-genetica-crisprcas9-e-a-polemica-envolvida/).

Essa técnica, assim como outras duas famosas estratégias com o mesmo fim, é capaz de produzir quebra nas duas fitas do DNA no local para o qual foram destinadas pelo cientista.

No sistema CRISPR/Cas a enzima Cas provoca a quebra no DNA no local em que foi posicionada por uma molécula de RNA, o RNA guia (gRNA). Ele é desenhado pelo manipulador para direcionar a enzima para o local desejado no genoma para que a edição aconteça (Figura 1).

Para corrigir a região com um erro que cause doença, o corte deve ser dirigido pelo gRNA para o local do erro, e o manipulador deve também fornecer trecho de DNA com sequência correta para substituição do trecho errado. Se o desejo for apenas de que a região seja modificada por remoção de alguns pares de bases para impedir a função de algum gene (silenciá-lo), não é necessário fornecer o trecho de DNA citado; apenas a enzima e o RNA são requeridos neste caso.

Figura 1: Representação esquemática da ação da ferramenta de edição sítio-dirigida de genes conhecida como CRISPR/Cas para inserir sequência correta corrigindo erro no DNA. O gRNA encontra-se em amarelo e nuclease Cas (enzima) em vermelho. Modificado de https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975017300617?via%3Dihub.

Durante os anos de 2017 e 2018 este blog trouxe até vocês textos abordando diversos progressos científicos alcançados por meio desta tecnologia de edição (https://cientistasfeministas.wordpress.com/2017/10/30/trigo-sem-gluten-e-possivel-estamos-chegando-la/ ; https://cientistasfeministas.wordpress.com/2017/08/16/o-primeiro-embriao-humano-corrigido/ ; https://cientistasfeministas.wordpress.com/2017/06/14/celulas-tronco-geneticamente-modificadas-um-novo-tratamento-para-doencas-inflamatorias/ ) e de tecnologias de mesma finalidade (https://cientistasfeministas.wordpress.com/2018/07/04/a-era-da-edicao-de-genes-humanos-para-curar-doencas-comecou/ ).

No entanto, o grande desafio para provar que a metodologia é segura e pode realmente revolucionar a medicina está se iniciando. Doze pacientes que sofrem com anemia falciforme ou beta-talassemia participarão, até 2022, de um estudo clínico na Europa que utilizará CRISPR/Cas visando a correção do DNA dos pacientes (https://www.clinicaltrialsregister.eu/ctr-search/trial/2017-003351-38/DE).

Na Alemanha também serão realizados ensaios semelhantes por empresas com sede nos Estados Unidos: em Boston (Vertex Pharmaceuticals) e em Massachusetts (CRISPR Therapeutics).

Talassemia e anemia falciforme

Ambas as doenças estão relacionadas com produção anormal de hemoglobina: a principal proteína que existe dentro das células vermelhas do sangue e que é responsável pelo transporte de oxigênio em nosso organismo. Essa proteína no humano adulto deve possuir 4 unidades formadoras (subunidades): duas alfa e duas beta (Figura 2), uma configuração diferente da hemoglobina existente no feto (que contém duas cadeias alfa e duas gama).

Figura 2: Estrutura tridimensional da proteína hemoglobina humana do adulto. Fonte: PDB – 1GZX.

Nas talassemias, diferentes mutações no DNA podem levar à produção de formas erradas da subunidade alfa (alfa-talassemia) ou da subunidade beta (beta-talassemia) em diferentes proporções, acarretando diferentes graus de comprometimento da saúde do paciente (http://bvsms.saude.gov.br/bvs/folder/talassemias_folder.pdf).

Em casos mais graves o paciente pode inclusive necessitar receber transfusões de sangue para manter-se vivo.

Na anemia falciforme, (http://www.abhh.org.br/imprensa/7-verdades-sobre-anemia-falciforme/) a mutação no DNA acarreta produção de subunidade beta com defeito, que leva as células vermelhas (hemácias) a adotarem o formato de foice (Figura 3), comprometendo o transporte de oxigênio. O paciente pode sofrer com obstruções de vasos de pequeno calibre por estas células e a anemia decorrente da destruição destas células de formato atípico também pode torná-los mais propensos a infecções.

Figura 3: Hemácia normal e hemácia com forma de foice da anemia falciforme. Fonte: http://sites.uem.br/drgenetica/hematologia-clinica/hemoglobinopatias/anemia-falciforme

 

Terapias utilizando CRISPR/Cas

Estas terapias dos ensaios clínicos consistem em remover células-alvo dos pacientes, editar o DNA destas em laboratório e devolvê-las aos pacientes de doenças causadas por erros no genoma. Desta forma espera-se melhora no quadro do paciente, e em alguns casos, futuramente, sua cura.

O estudo das empresas americanas consiste em obter de 12 pacientes entre 18 e 35 anos que sofram de beta-talassemia e sejam dependentes de transfusão, células-tronco responsáveis pela geração de células do sangue, conhecidas como HSPCs. Em laboratório visa-se utilizar o sistema CRISPR/Cas para editar região regulatória do gene BCL11A e posteriormente devolver ao paciente, via um cateter venoso central, as células modificadas (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03655678 ).

BCL11A está relacionado a impedir a produção de hemoglobina fetal a partir de cerca de 3 meses de idade para a produção de hemoglobinas ser apenas da versão adulta. Se este gene for silenciado, no entanto, espera-se que a produção de hemoglobina fetal possa ocorrer nos pacientes, reduzindo-se os sintomas da beta-talasssemia: visto que os pacientes poderão produzir hemoglobina fetal (que não tem cadeias beta – sítio da mutação que assola os pacientes) para realizar o transporte de oxigênio em seus organismos.

Toda a comunidade científica aguarda ansiosa pelos resultados que poderão tornar a grande promessa de cura de doenças genética através da técnica CRISPR/Cas uma realidade, postergar um pouco mais esta almejada realidade para que ajustes na técnica sejam feitos, ou invalidar este sonho.

Micropartículas: A pequena arma no tratamento de doenças

Hoje em dia, combatemos diversas doenças utilizando vacinas e administração de fármaco via intravenosa. No entanto o problema desse método é a liberação do fármaco no corpo humano. Geralmente a liberação é realizada sem controle, sendo muitas vezes necessária mais de uma dose para que surja algum efeito no paciente.

Uma alternativa são micropartículas construídas de polímeros biocompatíveis (que possuem afinidade com organismos vivos e não são tóxicos) para auxiliar na entrega de fármacos. Essas micropartículas auxiliam na liberação do fármaco de forma sustentada. Por serem geralmente construídas de géis porosos e não tóxico como: colágeno, alginato ou agarose. Esses materiais são mais facilmente assimiladas pelo organismo humano.

Figura: Ilustração de biomoléculas. Créditos: Phys.org

Mas afinal, como ocorre essa liberação sustentada? Como se trata geralmente de uma matriz porosa, a transferência de massa ocorre nos poros, o que dificulta que a entrega dos fármacos seja liberada toda de uma vez. A liberação ocorre de forma gradual e contínua. Outro fator interessante é que as micropartículas podem ser modificadas para atingir uma célula alvo, por exemplo, células tumorais. É possível modificar a superfície da micropartícula com alguma proteína sinalizadora para aquele tipo específico de célula, tornando a entrega do fármaco mais efetiva.

Segundo a mestranda Bruna Gregatti de Carvalho, que trabalha como a produção de micropartículas de alginato na Universidade Estadual de Campinas, o uso das micropartículas são interessante no aspecto biotecnológico, visto que o paciente não necessita tomar diversas doses do medicamento. Além disso, a cientista explica que as mesmas micropartículas, também podem ser utilizadas na terapia gênica, visto que protege o material genético: “Mesmo o material genéticas estando dentro de uma nanopartícula, as micropartículas podem ser interessante, visto que ela age como mais uma barreira para a entrega do material, dificultando que o material genético seja degradado pelo o organismo humano”.

Em época em que vacinas e tratamentos convencionais estão sendo questionado, tecnologias como essas podem se tornar poderosas ferramentas ao combate de diversas doenças.

 

Referências
TELLECHEA, A. et al. Alginate and DNA gels are suitable delivery systems for diabetic wound healing. Int. J. Low. Extrem. Wounds (2015).
LI, J & MOONEY, D. Designing hydrogels for controlled drug deliver. Nature reviews materials (2016).

Microrganismos da pesada e o Bioterrorismo

Alguns microrganismos, além de patógenos, também podem ser usados como armas, e podem causar grandes estragos.  Bioterrorismo é como chamamos a liberação proposital de agentes biológicos, como vírus e bactérias capazes de causar doenças. O patógeno utilizado no Bioterrorismo é chamado de Arma Biológica.

      Símbolo de Risco Biológico, muito associado ao Bioterrorismo, mas também é visto nos materias e descartes de resíduos com risco biológico, como amostras de sangue, culturas de microrganismos, entre outros.

Armas biológicas se baseiam no uso de microrganismos, um recurso de fácil obtenção e reprodução, já que existem diversas formas de se produzir bactérias e vírus em grande quantidade. Além disso, com o avanço da Biotecnologia e da Engenharia Genética, novas formas de disseminação mais eficazes são possíveis. As armas biológicas tem um custo menor do que armas nucleares ou químicas, por exemplo, porém é preciso grande aporte tecnológico para o seu controle. Ou seja, talvez seja mais fácil reproduzir bactérias, mas é mais difícil dizer a elas qual é exatamente o seu alvo! O risco de fugirem do controle e atacarem tanto inimigos quanto aliados é muito grande, por isso várias convenções políticas já tentaram proibir o seu uso para sempre…

Mas, essas armas sempre foram de grande interesse para alguns países, como Estados Unidos, Rússia, Japão e Coréia do Norte, devido ao seu grande potencial de dano. Podem causar milhares de mortes, debilitação e incapacitação, e espalham, além de doenças, o PÂNICO!

Soldados vestidos com proteção contra armas biológicas durante a 2° Guerra Mundial.

Não é qualquer microrganismo que pode ser usado com fins bélicos. Um microrganismo patogênico é considerado uma potencial arma biológica, quando:
1) Causa doença grave;
2) A dose necessária para o efeito é baixa
3) Período de incubação curto
4) População não tem imunidade
5) Tratamento difícil
6) Disseminação fácil (água, ar)
7) Produção fácil em grandes quantidades
8) Estável quando estocado.

Alguns dos patógenos que se encaixam nessas características, são a bactéria conhecida como Antraz, a bactéria Yersinia pestis (agente da peste negra), e vírus hemorrágicos como Ebola e Marboug, e outros como a Varíola.
A história mundial já nos deu algumas amostras do que esse tipo de arma pode fazer. Em 2001 e 2002, nos Estados Unidos, algumas figuras importantes receberam pelo correio, envelopes contendo esporos de Antraz, o Bacillus anthracis, que causa grave doença respiratória, e se não tratada rapidamente, leva à morte em quase 100% dos casos, além disso, o diagnóstico preciso é difícil.  O Antraz continua sendo uma preocupação, ainda mais com a situação muito complicada da Coréia do Norte, uma potência bélica que tem feito muitas ameaças à paz mundial. O país nega estar produzindo armas biológicas, mas…
Melhor prevenir, e com esse pensamento a Coréia do Sul, vizinha e apavorada, desenvolveu uma mistura de microscopia com inteligência artificial, capaz de detectar com 96% de precisão o bacilo do Antraz. A detecção se baseia na obtenção de fotomicrografias que são analisadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET), que tem um aumento inicial de 20.000 vezes, permitindo a identificação de esporos e partículas virais. Essa tecnologia pode ser acoplada à câmeras digitais, por exemplo, onde já irão fazer o rastreio dessas possíveis armas.

 

Esquema ilustrativo do CDC sobre o Antraz e sua disseminação.

Na 2° Guerra Mundial o Japão liberou uma chuva de pulgas sobre a China. Como assim? Isso mesmo, com aviões, o Japão pulverizou pulgas sobre o inimigo, mas não eram quaisquer pulgas, os animais estavam contaminados com a Yersinia pestis, bactéria causadora da Peste Negra ou Peste bubônica, que assolou a Europa nos anos 1300, matando cerca de 200 milhões de pessoas, aproximadamente um terço da população total da Europa. Hoje esse número representaria a população inteira do nosso país!!!
A peste é altamente contagiosa e afeta também animais, roedores tornam-se o reservatório da doença, e a pulga do rato o principal agente transmissor. A peste não tem tratamento, de forma que só sobreviveu à ela quem tinha imunidade. A probabilidade da disseminação proposital desse patógeno causar uma catástrofe de proporções inimagináveis é muito grande. Não acho que deveríamos brincar com essa bactéria, não é mesmo? Na idade média, cadáveres de pessoas com a Peste eram jogados em rios e poços, com intuito de contaminar o suprimento de água dos inimigos, já demonstrando conhecimento do potencial disseminador desse microrganismo.

I Medici della Peste – Litografia que retrata os médicos da peste. Apesar do aspecto assustador da máscara utilizada, que ficou associada à morte, a ideia era diminuir o contato com os pacientes contaminados.

Conscientemente ou não (há divergências) os colonizadores europeus trouxeram para a América a Varíola, que dizimou os povos indígenas da América Latina. Não existia essa doença na América, e por isso os indígenas não tinham imunidade e sofreram muito. Os colonizadores davam aos indígenas roupas dos doentes, e como a doença é altamente contagiosa, causou muitos estragos. Para quem ficou curioso sobre o tema, veja esse texto muito interessante sobre a varíola no Brasil Colonial .

A Varíola foi erradicada em 1980 com o uso da vacina. Atualmente, existem apenas dois laboratórios que possuem espécimes da Varíola, um nos Estados Unidos e outro na Rússia. Irônico não é? Deve ser para manter equilibrada a balança mundial…

Pensou-se em destruir todas as cepas, mas sempre fica aquele medo, se a doença retornar, como iremos estudá-la? E assim continua-se preservando o vírus em laboratórios de altíssima segurança.

Outros vírus, como Ebola e Marboug também são altamente contagiosos e letais, causam infecções com febre e hemorragia e não possuem cura. Até os cadáveres são contagiosos.

O C.D.C (Center for Control and Prevention of Diseases) classifica todos os agentes quanto ao seu risco individual e de disseminação para a comunidade, o que implica também em seu potencial para o bioterrorismo. O Antraz é considerado um agente de risco A, bem como vírus que causam febres hemorrágicas. Os organismos classificados como risco A possuem alto risco de contaminação individual e alto risco de disseminação para comunidade, sendo responsáveis por doenças graves.

Apesar de possível e alarmante, ataques bioterroristas precisam de uma logística complicada, de forma que bombas ainda são bem mais efetivas.

Mas o que podemos fazer para prevenir um ataque biológico? Investimento em:
– Diagnóstico clínico e laboratorial rápido e preciso
– Tratamentos e novos antibióticos
– Novas vacinas

Quanto mais se entender a respeito desses microrganismos, mais seguros estaremos.

ALERTA DE SPOILER: Mas essas ideias continuam mexendo com o imaginário de muita gente. Dan Brown, o célebre escritor de Código da Vinci, nos presentou com o livro O Inferno, onde os mocinhos lutam contra um ataque bioterrorista. Mas, o objetivo desse ataque não é a guerra, e sim o controle do crescimento populacional. Já falei demais…

 

Referências:

Barth, Ortrud Monika, Bioterrorismo e microrganismos patogênicos História, Ciências, Saúde – Manguinhos, vol. 20, núm. 4, octubre-diciembre, 2013, pp. 1735-1749, Fundação Oswaldo Cruz
Rio de Janeiro, Brasil

Cross AR, Baldwin VM, Roy S, Essex-Lopresti AE, Prior JL, Harmer NJ. Zoonoses under our noses. Microbes Infect. 2018 Jun 18. pii: S1286-4579(18)30125-4. doi: 10.1016/j.micinf.2018.06.001. [Epub ahead of print]

Exoesqueletos Made in Brazil

Observe a natureza e ela te dará respostas. Uma das soluções que a natureza criou para proteger os seres vivos mais geniais é o exoesqueleto, literalmente esqueletos externos, que dão proteção e apoio ao corpo de muitos insetos, crustáceos e outras espécies. Antigamente só ouvíamos falar desta palavra na biologia, pois quando uma pessoa tinha uma lesão séria que precisasse de uma prótese ela deveria ser o mais escondida possível. A semelhança com os membros humanos era fundamental para não haver nenhum tipo de discriminação. Com o avanço da tecnologia veio também a preocupação não só com a estética mas também com a eficiência destes dispositivos de apoio. E as próteses internas, de implantação dolorosa passaram a não ser efetivamente as melhores opções.

Poderíamos dizer que exoesqueleto é a extensão que potencializa nosso corpo, e também nos protege. Então um carro, bicicleta ou mesmo um martelo não deixa de ser um dispositivo que melhora nossos movimentos, ou seja, assim como os caramujos, também utilizamos exoesqueletos diariamente.

Copa do Mundo de 2014 no Brasil, o país paralisado em frente das televisões no dia da abertura. Além da encenação teatral houve show com grandes astros da música mundial, e em meio a tanta festa um feito inédito para quem respira, vive e ama a ciência.

Juliano Pinto, de 29 anos e, paraplégico, deu o primeiro chute da competição com o auxílio de um exoesqueleto comandado pelo seu cérebro através de sensores conectados numa espécie de capacete onde o pensamento ordena o movimento das suas pernas. Um feito maravilhoso para a ciência brasileira que enfim seria reconhecida e aplaudida por um público mundial de aproximadamente 3,5 bilhões de pessoas. Sim, meio planeta veria o “chute simbólico”. Mas infelizmente em uma chamada urgente para mostrar o ônibus da seleção brasileira, aquela do 7 x 1 (para quem não lembra: gol da Alemanha!), o grande espetáculo científico resumiu-se a um chute de 3 segundos. Somente 3 segundos mostrando o trabalho de mais de 150 pesquisadores de vários países, comandados pelo Professor brasileiro Miguel Nicolelis. Seriam 29 segundos, uma apresentação internacional sobre pesquisa na área de robótica do mundo resumida em pouquíssimo tempo. Foram apenas 3 segundos…

Juliano no momento do chute na Copa do Mundo do Brasil. Fonte: G1/Globo.

Esse é o valor agregado à pesquisa na área de robótica no país do futebol. Após todo esse imbróglio as esperanças foram diminuindo sobre investir, estudar e pesquisar neste país.

Até conhecer estas mulheres que sem saber que era impossível elas foram lá e fizeram (Jean Coteau).

Michele de Souza, neuroengenheira, criou um exoesqueleto junto com um grupo multidisciplinar (o Cycor) que montou este equipamento inteiro no Brasil, com usinagem de baixo custo e desenvolvimento de alta tecnologia. A princípio foram pequenos passos que prometem grandes possibilidades. Muitos pesquisadores no mundo realizam o mesmo feito, a diferença é que este grupo está produzindo protótipos que já estão sendo testados e serão comercializados brevemente. O maior objetivo não é apenas promover a tão sonhada independência para estes usuários, mas sim comercializar o exoesqueleto com um valor semelhante ao de uma cadeira de rodas, em torno de mil reais. Antes desse projeto o valor de um exoesqueleto era inacessível e não comercializável.

Geane Poteriko, professora de Letras da rede estadual do Paraná, viu-se diante de um grande desafio quando sua filha, Dara (foto abaixo), teve a Síndrome da Brida Amniótica. Esta síndrome causa formação de faixas e cordões de tecido fibroso que aderem ao feto, podendo comprimir partes do corpo e causando malformações levando a possíveis amputações no bebê no próprio útero. Dara foi afetada na mão direita e Geane procurou soluções que auxiliassem a independência da sua filha. Descobriu um projeto americano que fornece mãos biônicas de baixo custo criadas para impressoras 3D, através de códigos de construção que eles doam para o mundo todo. Já existem alguns voluntários no Brasil, mas antes mesmo de fazer uma mão para Dara, a mãe começou a pensar que poderia ajudar outras pessoas. Assim Geane criou a Associação Dar a Mão com o professor engenheiro Osiris Canciglieri e a professora engenheira Lúcia Miyake da PUC-PR, e começaram a projetar e construir mãos biônicas de baixo custo. No Brasil esses dispositivos são vendidos em torno de mil e quinhentos reais – o que impossibilita muitas famílias de adquiri-los – e a equipe de Geane sabendo que o custo fica em torno de duzentos reais tomou a decisão de fabricar e doá-los para quem precisa e não pode comprar. Ela criou uma rede de fabricantes voluntários e transformou um desafio pessoal em uma missão humanitária. Dara tem um dispositivo protético 3D de “princesas”, cor de rosa e linda como sua dona. Expõe sua mão com orgulho e a usa melhorando a parte muscular e as cognições cerebrais da região. Outras mãozinhas de heróis estão sendo fabricadas e entregues para crianças que melhoram a autoestima e confiança. Parece brinquedo, mas muda uma vida.

Dara com sua mão biônica. Créditos: Geane Poteriko.

Fazer robótica no Brasil é complicado. Pouco incentivo financeiro para pesquisas e muito menos para desenvolvimento de dispositivos tão importantes. Seria mais fácil simplesmente ignorar e ir para o exterior realizar estas pesquisas. Estas mulheres superaram todos estes problemas e resolveram que sim: elas podiam! Estão fazendo, não só exoesqueletos, mas história.

Sem dúvida, parafraseando Neil Armstrong: é um pequeno passo para o homem, mas um salto gigantesco para a humanidade. Essas mulheres resolveram que era só “Dar a Mão” e mudar o mundo.

Referências

http://g1.globo.com/pr/parana/videos/v/projeto-feito-por-voluntarios-tem-devolvido-o-sorriso-a-quem-precisa-de-proteses/6002353/

http://g1.globo.com/pr/parana/videos/v/exoesqueleto-e-esperanca-de-mobilidade-para-paraplegicos/5867291/

http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2014/06/jovem-paraplegico-usa-exoesqueleto-chuta-bola-na-abertura-da-copa.html

http://aasdap.org.br/projetos/projeto-andar-de-novo/

http://associacaodaramao.blogspot.com.br/

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Animais transgênicos podem ser aliados da saúde humana

Ao final do ano de 2015, uma notícia sobre transgênicos causou rebuliço na internet. A FDA, agência que regulamenta e fiscaliza assuntos relacionados a fármacos e alimentos nos Estados Unidos, considerou pela primeira vez um animal transgênico como seguro para integrar a alimentação humana (https://super.abril.com.br/ciencia/eua-liberam-venda-de-salmao-transgenico-entenda/). Tratava-se do salmão do atlântico transgênico AquAdvantageSalmon^® que cresce muito mais rápido que um salmão não transgênico. Esse peixe foi gerado em laboratório para produzir hormônio de crescimento mesmo em temperaturas muito baixas, nas quais salmões não transgênicos param de crescer (http://www.nature.com/nbt/journal/v10/n2/full/nbt0292-176.html).

Muitas pessoas associam transgênico apenas à melhora de características intrínsecas do organismo, como o caso do salmão ou à aquisição de característica de resistência como a de algumas sementes atualmente comercializadas como as de milho resistentes a insetos. O posicionamento de entidades contra os transgênicos e a escassa informação sobre estudos de longa duração em linguagem acessível à população fazem com que o termo “transgênico” pareça assustador para muitas pessoas. O objetivo deste texto é desmistificar o papel de vilão dos transgênicos, mostrando as funções benéficas aos seres humanos, em especial o de produção de moléculas de interesse, principalmente para fins de terapia.

Primeiramente, é importante mencionar o que significa transgenia. Transgenia é um dos tipos de modificação genética que se pode realizar em um organismo. Ela consiste em se inserir no DNA de um organismo, um trecho de DNA oriundo de outro organismo e capaz de levar à produção de uma proteína que seja de interesse do manipulador  (http://books.scielo.org/id/sfwtj/pdf/andrade-9788575413869-42.pdf). A sequência que se transfere ao organismo alvo é camada de transgene; se ela for oriunda de um organismo de mesma espécie chama-se o animal gerado de autotransgênico, e se for de espécie diferente, alotransgênico – este último também comumente referido como transgênico, apenas (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1095-8649.2007.01738.x/abstract) (Figura 1).

Figura 1: Geração de auto ou alotransgênicos (exemplificado para peixes) – nos autotransgênicos a sequência de DNA de interesse é oriunda de organismo de mesma espécie; no alotransgênico (popularmente conhecido como transgênico) a sequência de DNA é oriunda de espécie diferente.

Assim sendo, todo animal transgênico é geneticamente modificado, mas nem todo geneticamente modificado é um transgênico. Modificações genéticas também podem incluir remoção de sequências do DNA alvo e alteração de sequências com propósitos definidos (http://www.unifesp.br/campus/sao/cedeme/modelos-animais/camundongos/animais-geneticamente-modificados), e por esta razão estes dois termos não são sinônimos.

Como os animais transgênicos são produzidos?

Animais transgênicos são gerados em sua maioria por uma técnica clássica proposta na década de 1970,chamada microinjeção de ovos recém-fertilizados. Esta técnica consiste em injetar, com ajuda de uma microagulha de vidro, o transgene no ovo recém-fertilizado (logo após a fertilização in vitro por junção dos gametas (http://www.biotecnologiaanimal.com.br/fecundacao-in-vitro-fiv/tecnicas-e-procedimentos)). A integração no genoma alvo geralmente ocorre após as primeiras divisões celulares terem acontecido, produzindo um transgênico mosaico – contendo a modificação genética em algumas de suas células e em outras não. Após o cruzamento destes animais com animais não modificados, os transgênicos totais poderão ser encontrados na prole (Figura 2).

Figura 2: Microinjeção de ovos recém-fertilizados para geração de animal transgênico (exemplificado para peixes) – os gametas são utilizados para fertilização in vitro e em seguida injeta-se a sequência de interesse. É comum que a integração no genoma alvo, quando ocorre, aconteça após algumas divisões celulares, produzindo-se assim um transgênico mosaico. Este pode ser cruzado com animais não modificados para obtenção do transgênico total.

O primeiro organismo transgênico a ser gerado intencionalmente por pesquisadores foi uma bactéria, produzida em 1973 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC427208/), e o primeiro animal transgênico produzido em laboratório foi um camundongo (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC388203/), gerado por microinjeção em 1974.

A produção de animais transgênicos visa, em sua maioria, conferir a estes, características que tornem mais lucrativo sua criação e mais rápida sua comercialização por exemplo, tolerância maior ao frio, resistência a doenças, crescimento mais rápido que o normal da espécie ou utilizar os animais como fábricas para a produção de moléculas de interesse humano (hormônios, enzimas, anticorpos etc.) (https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/biologia/animais-transgenicos/16643).

Já foram gerados, por exemplo, versões de leites enriquecidos em proteínas importantes como ativador de plasminogênio tecidual (https://www.nature.com/nbt/journal/v5/n11/full/nbt1187-1183.html) e antitrombina humanos (http://www.biopharminternational.com/production-recombinant-therapeutic-proteins-milk-transgenic-animals). Ambos encontram-se envolvidos com o processo de manutenção da fluidez sanguínea, se opondo ao processo de coagulação. O primeiro pode ser utilizado em tratamento médico visando destruição de trombos como no caso de embolia pulmonar; e o segundo, principalmente para prevenir a formação de trombos, principalmente em pacientes deficientes hereditários de antitrombina que vão se submeter a parto ou cirurgias.

A antitrombina produzida em cabras transgênicas e liberada no leite culminou no medicamento ATryn®, primeiro produto recombinante produzido em animais aprovado para uso humano na Europa e nos Estados Unidos (http://www.atryn.com).

Já é também realidade a produção de proteína básica de mielina no leite de vaca (https://www.sciencelearn.org.nz/resources/856-transgenic-cows-making-therapeutic-proteins). Esta proteína é parte da camada isolante necessária para a rápida condução de impulsos nervosos em nossos neurônios, sendo alvo de estudos que buscam seu possível potencial terapêutico no tratamento de esclerose múltipla (doença autoimune na qual o paciente sofre com perda desta camada isolante e consequentemente tem comprometimento de condução de impulsos nervosos pelo seu organismo).

Assim sendo, os transgênicos podem ser aliados da saúde humana, sendo fábricas eficientes de proteínas que possam ser utilizadas para fins terapêuticos (http://www.nanocell.org.br/biotecnologia-transformadora-totalmente-brasileira/). A oportunidade de manipulação genética ainda oferece a possibilidade de redução de custos na obtenção das proteínas de interesse, podendo refletir em redução de preço final dos medicamentos para o consumidor final.

RNA de interferência, uma nova maneira de proteger plantações contra patógenos

     A história da humanidade foi modificada amplamente a partir do momento que percebemos que somos capazes de manipular, até certo ponto, a natureza. O cruzamento de plantas e de animais para a obtenção de características específicas foi aprimorado ao longo do tempo, aumentando a resistência a doenças, a produtividade e a longevidade.

     Com os avanços em biologia molecular e engenharia genética, aprendemos a inserir e alterar genes responsáveis por características de interesse comercial bem como introduzir genes de resistência a pragas e pesticidas. Além disso, foi possível a obtenção em larga escala de medicamentos e vacinas, como a insulina, os antibióticos e a vacina contra hepatite B. Entretanto, a manipulação genética e seus produtos, os organismos geneticamente modificados (OGM), não são bem vistos por uma boa parcela da população, que prefere optar pelo consumo de produtos de origem orgânica. Mas uma nova metodologia para o silenciamento de genes em plantas, sem alteração do DNA, pode revolucionar o controle de pragas e doenças.

     Proteger as plantas contra infecções virais é uma tarefa complicada, pois é necessário cultivar plantas resistentes aos vírus, caso existam, ou utilizar pesticidas que combatam os animais vetores dos vírus. Os vetores são animais capazes de transmitir a outro ser vivo vírus, bactérias e protozoários causadores de doenças. Atualmente, estima-se que entre 30 e 40% da produção agrícola seja perdida devido a pragas. Com as mudanças climáticas globais, a tendência é que cada vez mais plantações se tornem suscetíveis, uma vez que o aumento global das temperaturas facilita a dispersão de micro-organismos causadores de doenças. Dessa maneira, é cada vez mais evidente que a utilização de técnicas de manejo sustentáveis para plantações seja uma necessidade, com o intuito de reduzir a utilização de agrotóxicos e pesticidas, diminuir a contaminação ambiental, e baratear os custos de produção.

     Liderado pela doutora Neena Mitter, da Universidade de Queensland na Austrália, o grupo de pesquisa desenvolveu um spray contendo ácido ribonucleico (RNA) de dupla fita (dsRNA) capaz de proteger plantas de tabaco (Nicotiana tabacum) contra infecções virais. O RNA é o material genético, de fita simples, responsável pela produção de proteínas nas células e um dsRNA é uma molécula de RNA que está pareada com outra molécula complementar, também de RNA. O dsRNA é acoplado a nanopartículas de argila, esse complexo é então aspergido sobre as folhas das plantas a serem protegidas. Após a aplicação, ocorre a liberação do dsRNA e sua absorção pelas folhas conforme a partícula se degrada. A proteção é baseada no silenciamento de genes essenciais dos vírus estudados, ou seja, a técnica impede a expressão de genes sem os quais os vírus não são capazes de se replicar dentro das células. Com isso, a técnica chama bastante atenção porque se torna uma alternativa à modificação genética de organismos, que pode levar anos até se mostrar segura e eficiente.

Mecanismo de aplicação, liberação e ação do spray desenvolvido pelos pesquisadores da Universidade de Queensland (Esquema retirado do artigo original).

     A técnica desenvolvida pelo grupo é baseada num sistema de defesa existente em organismos eucariotos (que possuem núcleo em suas células), chamado de RNA de interferência (RNAi). Esse mecanismo tem por função identificar e degradar qualquer sequência de nucleotídeos estranha à célula, como vírus e transposons, impedindo a tradução dessa sequência. No entanto, essa degradação só ocorre caso haja complementaridade entre a sequência do RNAi e do RNA estranho, conferindo uma especificidade em sua ação. Dessa maneira, não há risco de interferência no funcionamento celular normal. Outra vantagem é a possibilidade de um mesmo spray poder ser utilizado em diferentes variedades de plantas. Porém, é possível que os organismos alvo acabem desenvolvendo resistência ao alterar sua sequência de DNA em resposta à aplicação do spray. Uma das maneiras para burlar esse mecanismo seria a utilização de diferentes sequências numa mesma solução, aumentando o número de sequências alvo e diminuindo assim as chances de adaptação.

     Os resultados do trabalho mostram que as plantas ficam protegidas por pelo menos 20 dias após a aplicação de uma dose do spray e que mesmo as folhas novas, que não receberam o tratamento, estão protegidas contra a infecção viral. Pesquisadores da Universidade de Cornel em Nova Iorque, também desenvolveram um spray semelhante, mas o alvo foi o besouro-da-batata e o estudo desenvolvido mostrou que a plantação ficou protegida por mais de 28 dias.

     Por ora, a intenção é silenciar genes de pragas biológicas, mas num futuro não muito distante é possível que sprays semelhantes sejam desenvolvidos para alterar outras características das plantas, como composição nutricional, amadurecimento e coloração. E aí, já pensou mudar a cor das flores no seu jardim usando apenas um spray?

Para saber mais:

Artigo original: Clay nanospheres for topical delivery of RNAi for sustained protection against plant viruses. Neena Mitter, Elizabeth A. Worrall, Karl E. Robinson, Peng Li, Ritesh G. Jain, Christelle Taochy, Stephen J. Fletcher, Bernard J. Carroll, G. Q. (Max) Lu, Zhi Ping Xu. http://www.nature.com/articles/nplants2016207

Vídeo em inglês sobre o mecanismo de funcionamento do RNAi: http://www.nature.com/nrg/multimedia/rnai/animation/index.html

RNAi para terapia em humanos: http://www.scielo.br/pdf/rbr/v50n6/v50n6a08.pdf

Poster da Nature (em inglês) sobre RNAi: http://www.nature.com/nrg/posters/small-rna/small-rna.pdf

O mundo dos pequenos RNAs: http://www.plantcell.org/site/teachingtools/TTPB5LectureNotes_PortugueseVersion.pdf

Vetores de doenças: https://pt.wikipedia.org/wiki/Vetor_(epidemiologia)

Nucleotídeos: http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/cursos/intro_bioquimica/aula7.pdf

Antarctomyces pellizariae: o futuro da biotecnologia pode estar na Antártica

Já ouviu falar em criosfera? Não? Bem, certamente você já ouviu falar sobre gelo e neve. Criosfera nada mais é do que o conjunto formado por toda a água em estado sólido existente no planeta e inclui icebergs, geleiras, permafrost, calotas de gelo, entre outras formações.

A Antártica, sendo o principal regulador térmico do planeta, é estudada por pesquisadores de todo o mundo. Aqui no Brasil, temos o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia da Criosfera (INCT da Criosfera), que abriga pesquisadores de diversas instituições brasileiras, formando uma rede multidisciplinar de estudos. Um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) integra a equipe e trabalha com a bioprospecção de fungos em ecossistemas antárticos. O trabalho de bioprospecção realizado pela equipe tem como finalidade conhecer a diversidade microbiana antártica e buscar metabólitos de interesse biotecnológico. Foi durante uma visita à Antártica ao final de 2015, que Luiz Henrique Rosa e sua equipe isolaram um fungo filamentoso que apresentou uma coloração azul bastante intensa. Essa coloração chamou a atenção dos pesquisadores, que decidiram por estudar melhor esse fungo a fim de determinar suas características e descobrir a qual espécie pertencia.

Neste estudo, foram coletadas amostras de neve da camada superior do solo na península Coppermine (62°37’941”S; 59°70’400”W), localizada na ilha Robert, no arquipélago de Shetlands do Sul (figura 1). A neve coletada foi derretida e então filtrada, passo necessário para a retenção dos micro-organismos de interesse. Feito isso, as amostras foram colocadas em meio de cultura e incubadas para que os micro-organismos presentes pudessem crescer. Foi assim que os pesquisadores perceberam o fungo de coloração azul, que foi então isolado para ser estudado em detalhes.

Figura 1 – Mapa da localização da Península Coppermine, Ilha Robert, Arquipélago Ilhas Shetland do Sul (Fonte: Australian Antarctic Data Centre).

Para a identificação de um fungo, uma série de procedimentos deve ser realizada. Tanto suas características físicas como o seu DNA foram analisados e estudados. Com os resultados em mãos, os pesquisadores chegaram à conclusão de que a espécie que haviam isolado fazia parte do gênero Antarctomyces sp., e que se tratava de uma nova espécie, batizada de A. pellizariae (figura 2). O gênero só é encontrado na Antártica e por isso recebeu o nome “Antarctomyces”. Já “pellizariae” é uma homenagem à Dra. Vivian Helena Pellizari, pesquisadora e professora do Instituto Oceanográfico da USP. Ela foi a responsável, na década de 1990, por estabelecer a microbiologia polar no Brasil, tornando-se inspiração para outros microbiologistas seguirem seu caminho.

Figura 2 – Antarctomyces pellizariae em placa de Petri com meio Sabouraud, após 14 dias de crescimento a 10 ± 2°C (Fonte: Material suplementar do artigo publicado).

Além da coloração bastante distinta, A. pellizariae cresce melhor a temperaturas mais baixas (de 4 a 15 ± 2°C), o que o classifica como um fungo psicrófilo. Micro-organismos psicrófilos são aqueles capazes de crescer e se reproduzir em baixas temperaturas. A temperatura ótima de crescimento é de 15°C ou menos e a temperatura mínima de -20°C. Estes seres possuem biomoléculas capazes de manter sua forma e função a baixas temperaturas, além de produzir substâncias anticongelantes capazes de protegê-los do frio excessivo, permitindo o funcionamento normal de suas células. Acredita-se que o pigmento azulado também confira proteção contra radiação, característica importante quando seu hábitat é a Antártica.

 As pesquisas de bioprospecção são de extrema importância, pois conhecemos muito pouco sobre a biodiversidade microbiana existente no planeta. Os estudos na Antártica se tornam ainda mais importantes pelas condições extremas de seu ecossistema, que atua selecionando organismos capazes de suportar tais condições. São essas características que tornam o continente um local ideal para o isolamento e descrição de novas espécies fúngicas. Ele é também um dos locais onde os efeitos da mudança climática são sentidos com maior intensidade. Conhecer melhor suas espécies endêmicas pode ajudar a compreender melhor o impacto dessas mudanças na biota antártica.

Além de A. pellizariae, os demais fungos isolados também serão descritos e analisados quanto a seu genoma e presença de compostos de interesse biotecnológico de baixo custo. Dentre as possibilidades, estão substâncias que atuam como anticongelantes e que podem ser utilizadas para a conservação de alimentos e órgãos para transplante, proteção de equipamentos eletrônicos, sensores, inibição de corrosão e conservação de combustíveis. O pigmento azul, bem como outros tipos de pigmentos, pode ter função na indústria alimentícia, atuando como corante. Caso tenha a função de proteção contra radiação, pode ser utilizado na indústria farmacêutica, em produtos de fotoproteção.

Essa descoberta faz parte do trabalho de doutorado da pesquisadora Graciéle Menezes, aluna do Programa de Pós-Graduação em Microbiologia da UFMG, sob orientação do pesquisador Luiz Henrique Rosa.

Para saber mais:

Sobre as pesquisas brasileiras na Antártica

INCT da Criosfera http://www.ufrgs.br/inctcriosfera/index.html

PROANTAR https://www.mar.mil.br/secirm/portugues/proantar.html

Sobre o grupo de pesquisa da UFMG

http://labs.icb.ufmg.br/leblev/index.html

Sobre análise de genoma na micologia

http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio14/pcrnamicologia.pdf

Sobre pesquisas e dados históricos da Antártica

https://data.aad.gov.au/