Pela erradicação da poliomielite

Pela erradicação desta foto — Instituto Ciência Hoje

Em países mais desenvolvidos, como os Estados Unidos, em que a doença está erradicada e há praticamente risco zero de o vírus reaparecer, a vacina adotada, geralmente, é a Salk. É mais barato e fácil conservar um vírus inativado e, além disso, não se lida com um dos principais problemas de vacinas que usam vírus ativados, como a Sabin: apesar de a porcentagem ser baixa – uma para cada um milhão de vacinados, diz Iamarino –, é possível desenvolver poliomielite em contato com a vacina que carrega o vírus 'vivo', sobretudo pacientes com imunidade baixa, fato recorrente em países mais pobres.

Momento em que o parasita da malária invade uma célula

No site da New Scientist há um vídeo do momento em que o parasita responsável pela malária, o Plasmodium, invade uma hemácia humana. O Vídeo foi criado a partir de fotografias de vários eventos de invasão, usando fármacos para dificultar a entrada e a saída do parasita (e assim aumentar a chance de uma boa foto ;). Ao final pode-se observar que a hemácia invadida está repleta de novos parasitas em seu interior (depois de invadir a célula, o parasita se multiplica em seu interior até a célula explodir).

Plasmodium invadindo hemácia (via New Scientist)

Notícia e crédito da imagem: New Scientist
Artigo original: Cell Host & Microbe, Volume 9, Issue 1, doi:10.1016/j.chom.2010.12.003

Novidades da semana

Trechos de reportagens de jornais, comentando algumas novas pesquisas.

Nova droga elimina resistência do parasita causador da malária (Folha, 03/09/2010):

Uma nova droga promete acabar com a resistência a medicamentos dos parasitas da malária, mal que causa 800 mil mortes por ano. A NITD609 teve efeito contra a doença em animais de laboratório e muito em breve será testada em humanos.

As drogas antimaláricas mais recentes são baseadas na planta artemísia, tradicional da medicina chinesa. Ela hoje é administrada em 100 milhões de pacientes anualmente, mas o parasita já desenvolve resistência. Os causadores da malária são seres de apenas uma célula, especialistas em evitar ataques: os plasmódios.

Descoberto novo tipo de composto para o combate da malária (Estadão, 01/09/2010) (mesma notícia acima):

O estudo foi feito por meio de uma triagem, por meio de testes em células, de milhares de produtos naturais registrados na biblioteca da Novartis, em busca de substâncias com conhecida ação contra o parasita causador da malária, o Plasmodium falciparum. A primeira peneira gerou uma relação de 275 compostos.

Sucessivas triagens eliminaram os que tinham pouco efeito contra parasitas resistentes a tratamento ou que eram tóxicos para células de animais mamíferos. Dezessete substâncias restaram no final.

Uma avaliação desse grupo final apontou para um candidato específico, membro de uma classe de moléculas que nunca havia sido associada ao combate à malária. Uma equipe de químicos sintetizou então cerca de 200 derivados da molécula, a fim de otimizar o perfil de segurança e as propriedades farmacológicas. Após vários testes, a substância NITD609 foi apresentada como a melhor candidata para os experimentos em seres humanos.

Especialistas advertem sobre riscos de turismo de células-tronco (Estadão, 01/09/2010) (eu já havia comentado esse problema no outro blog):

Milhares de pessoas estão colocando sua saúde e as economias de toda uma vida em risco para viajar a clínicas particulares de vários países que oferecem tratamentos com células-tronco não aprovados e potencialmente perigosos, alertaram especialistas britânicos.

Um painel de especialistas mencionou clínicas particulares na Alemanha e na China aonde existem "turistas de células-tronco" para receber tratamentos não autorizados. Mas eles também afirmaram que há 700 centros similares em todo o mundo, que oferecem terapias celulares sem aprovação.

Apesar da falta de evidências científicas de que esses tratamentos funcionam, os pacientes com enfermidades letais e sem cura, como o Mal de Parkinson ou a cegueira, estão sendo atraídos para que gastem dezenas de milhares de dólares com poucas possibilidades de êxito.

Israelenses eliminam células com HIV sem atingir as saudáveis (Folha, 03/09/2010):

Cientistas israelenses anunciaram que conseguiram destruir em laboratório células infectadas pelo vírus da Aids sem afetar as células saudáveis, informa o jornal "Haaretz". Os cientistas, da Universidade Hebraica de Jerusalém, destacaram que criaram um tratamento à base de peptídios (polímeros de aminoácidos) que provocam a autodestruição das células infectadas pelo vírus HIV.

Evolução divergente (Agência FAPESP, 03/09/2010):

Uma pesquisa internacional com participação brasileira mostrou que bactérias idênticas cultivadas em um mesmo ambiente adotam diferentes estratégias de adaptação. No estudo, uma população da bactéria Escherichia coli evoluiu de forma divergente para se adaptar às condições do mesmo meio. Depois de 37 dias de crescimento contínuo, os cientistas isolaram diversos mutantes com diferenças importantes em genes regulatórios. Os resultados do experimento foram publicados na revista Genome Biology and Evolution.

Segundo ele [Beny Spira, professor do Departamento de Microbiologia do ICB/USP], no experimento de evolução realizado com a Escherichia coli foi observado um processo de divergência simpática – isto é, em um mesmo ambiente, a partir de um inóculo inicial geneticamente homogêneo, uma população de bactérias idênticas evoluiu de forma divergente para melhor se adaptar às condições do meio.

“A grande novidade é que a evolução ocorreu de forma divergente. Em um ambiente constante, sem barreiras físicas, observamos estratégias distintas de adaptação que resultaram em mutações em diferentes genes regulatórios”, disse à Agência FAPESP.

[curta ciência] I see dead viruses

Três comentários rápidos:

• Estudos preliminares encontraram algas unicelulares dentro de células de embriões de salamandra. Não em volta do embrião como se poderia esperar, mas dentro das células - seria o primeiro caso em vertebrados, dada a existência do sistema imune adaptativo.
• Sabe-se que o vírus HIV-1, causador da AIDS, invadiu a população humana a partir de chimpanzés no início do século passado. Chimpanzés e outros macacos são infectados pelo SIV (vírus da imunodeficiência símia), e um trabalho apresentado recentemente (mas não publicado ainda) mostra que esse vírus circula entre macacos há muito mais tempo. A transmissão para o chimpanzé, por exemplo, foi há no mínimo vinte mil anos atrás - utilizando uma análise de calibração molecular que ainda vai ser posta à prova por outros pesquisadores.
• Há alguns vírus (como o HIV-1 citado acima) que integram seu material genético no genoma do hospedeiro - ou seja, faz parte do processo de transmissão "enfiar" seus genes no meio do genoma do organismo infectado. Esse não é o caso dos vírus de RNA pertencentes aos grupos Filovírus e Bornavírus (causadores, por exemplo, de doenças neurológicas e febres hemorrágicas). Assim é surpreendente a descoberta de "fósseis" desses vírus nos genomas de vários vertebrados: em 19 espécies de vertebrados (dos quais conhecemos o genoma completo) foram encontradas 80 sequências virais integradas. Essas integrações aconteceram há até mesmo 40 milhões de anos atrás, e apesar de não se saber como os vírus foram parar lá, suspeita-se que conferem alguma vantagem ao hospedeiro (como por exemplo "competir" com outros virus, defendendo assim o hospedeiro).
  

Malária: mais perto de uma vacina e de novos medicamentos

Três notinhas sobre pesquisas recentes, divulgadas no Science Daily:

• O parasita da malária, o plasmódio, vive dentro das hemácias (também chamados de eritrócitos ou glóbulos vermelhos), que o parasita digere para construir suas próprias proteínas. Ao atingir um tamanho adequado ele se divide e rompe a hemácia, invadindo outros glóbulos vermelhos em seguida. Um grupo de pesquisadores do Canadá, Austrália, Polônia e EUA determinaram a estrutura tridimensional de duas dessas "enzimas digestivas" do parasita (as aminopeptidases), ajudando assim no desenvolvimento de medicamentos que bloqueiem a atividade dessas enzimas. Eles mostraram também que os parasitas são incapazes de sobreviver na ausência dessas enzimas. (fonte: Science Daily; artigo original: doi:10.1073/pnas.0911813107)

• Outro grupo de cientistas identificou proteínas produzidas pelo plasmódio que são eficazes em promover uma resposta imune que proteja as pessoas da doença. Eles fizeram isso compilando dados da literatura científica que estudaram a relação entre os anticorpos produzidos pelo sistema imune na fase em que os plasmódios estão invadindo as hemácias e a habilidade desses anticorpos em proteger da malária. Os autores identificaram que de um total de aproximadamente 100 proteínas, apenas seis haviam sido estudadas. Essas proteínas podem ser utilizadas na fabricação de uma vacina. (fonte: Science Daily; artigo original: doi:10.1371/journal.pmed.1000218)

• A malária é transmitida através das fêmeas dos mosquitos Anopheles, quando ela precisa se alimentar de sangue para produzir os ovos. Em tese é possível criar um "vacinador voador", ou seja, a vacina é aplicada através da picadura do mosquito. E tal mosquito transgênico foi criado por um grupo de pesquisadores japoneses, que fizeram com que as glândulas salivares de um mosquito do gênero Anopheles expressassem uma vacina experimental para a leishmaniose. Apesar de ser apenas um candidato de vacina (e note que não é para malária), a proteína SP15 aplicada através da picada do mosquito foi capaz de estimular a produção de anticorpos em camundongos. Essa técnica de engenharia genética pode levar a vacinas muito mais baratas (de graça, uma vez que os mosquitos geneticamente modificados sejam introduzidos no ambiente), indolores e focadas na população-alvo: pessoas que vivem em zonas endêmicas receberão várias doses da vacina. Porém ainda é apenas um modelo, dado que pode gerar vários questionamentos éticos - pessoas serão "vacinadas" sem consentimento e descontroladamente, e poderão recusar a liberação dos mosquitos em sua área. (fonte: Science Daily; artigo original: doi:10.1111/j.1365-2583.2010.01000.x)

Crédito da imagem: Why Files

O neandertal está morto! Viva o neandertal!

No primeiro post, vimos que os primeiros neandertais apareceram cerca de 400 mil anos atrás, que estavam restritos à Europa e à Ásia Ocidental, e que desapareceram há cerca de 30 mil anos. Humanos modernos também se originaram na África e foram se expandindo ao redor do globo, a partir de uns 80 mil anos atrás. Continuando então a leitura sobre o neandertal, vejamos agora o artigo mais comentado (e o comentário na revista).

A análise começou com uma amostra de 21 ossos sem importância morfológica de um sítio arqueológico na Croácia, de onde extraíram um pouco de material ósseo (com uma broca de dentista!). Dessa amostra os pesquisadores elegeram três ossos para realizar o sequenciamento,  vindos de três fêmeas e datados entre 38 e 44 mil anos. Esse material continha entre 95 e 99% de DNA microbiano (bactérias que colonizaram os ossos nos últimos milênios), e além disso estavam também contaminado por DNA humano difícil de distinguir do DNA neandertal devido à similaridade. Os autores da pesquisa passaram os últimos vinte anos desenvolvendo a tecnologia para sequenciar esse tipo de material, que inclui correção computadorizada da degradação química, enzimas que destroem seletivamente os contaminantes e busca em bases de dados dos segmentos sequenciados para verificar a origem.

Eles sequenciaram no total mais de 4 bilhões de pares de bases (sítios de DNA), para compor os 3 bilhões de pares de bases do genoma neandertal. Isso equivale a uma cobertura média de 1,3: bem menor que o outro trabalho com microarray que vimos antes, mas muito mais ampla pois aqui temos quase todo o genoma (algumas regiões não estão representadas). Este genoma neandertal é uma composição entre as três espécimes, e não o genoma de um único indivíduo. Eles comparam algumas regiões com outras sequencias de neandertais para confirmar, e o mais importante: compararam também com os genomas de cinco indivíduos atuais: dois africanos (de etnias distintas), um francês, um chinês e um papuásio (de Papua-Nova Guiné). A partir daí puderam fazer várias comparações estatísticas baseadas em variações da figura abaixo:

Árvore filogenética usada nas comparações entre os genomas alinhados
(figura modificada do artigo doi:10.1126/science.1188021)

Por exemplo, pode ser estimado que a divergência entre o genoma neandertal e o genoma humano de referência (aquele genoma "artificial" que tenta reproduzir nossa variabilidade genética) é mais ou menos 12% da divergência entre o genoma de chimpanzé e o genoma humano, enquanto os cinco genomas individuais apresentam divergência média entre 8 e 10%. Ou seja, os genomas individuais possuem quase a mesma distância do genoma humano de referência do que o genoma nenadertal. O que quer dizer que os neandertais são de fato muito próximos de um humano moderno - apesar de um pouquinho mais distintos.

Usando um raciocínio similar ao do outro trabalho publicado conjuntamente, os pesquisadores detectaram 78 substituições de nucleotídeo que modificaram uma proteína em humanos, após a separação de homens modernos e neandertais. Essas proteínas estão associadas a células epidérmicas, adesão celular (possivelmente cicatrização), movimento flagelar de espermatozóides, e transcrição gênica. Eles também encontraram várias regiões não-codantes (não são traduzidas para proteínas) que são únicas aos humanos modernos, e essas regiões são promissoras agora que começamos a entender sua importância - vide epigenética, microRNA e cia.

Outro método usado foi a detecção de regiões sujeitas à varredura seletiva (o nome em inglês é selective sweep, e quer dizer mais ou menos um "arrastão" seletivo), e se baseia no fato que quando um variante gênico é vantajoso, ele eventualmente poderá ser fixado na população, e caso contrário observaremos mais de um variante. Os autores usando esse método detectaram 212 regiões que podem estar sob esse tipo de seleção, entre elas genes associados a células epiteliais, autismo, diabete e esquizofrenia. Aqui cabe um aviso: isso não quer dizer que os neandertais tivessem esses problemas, muito menos que os genes foram selecionados para termos essas doenças! Não se sabe nem a função exata desses genes em humanos, apenas as consequencias de sua deficiência. Outro gene detectado pelo método é um fator de transcrição associado à displasia cleidocraniana (em inglês é cleiodocranial dysplasia, não estou seguro da minha tradução tabajara). Essa é uma doença que causa atraso na junção dos ossos do crânio, deformação do quadril e das clavículas, engrossamento dos arcos superciliares (ossos da sobrancelha) e anomalias dentárias - algumas características de neandertais.

De acordo com os novos dados, a divisão entre a linhagem que deu origem aos humanos modernos e a linhagem que originou os neandertais se deu entre 270 e 440 mil anos atrás, na África - estimativa parecida com a de 500 mil anos a partir do DNA mitocondrial. E a conclusão mais divulgada, que é a de que houve cruzamento entre humanos e neandertais - provavelmente entre 50 e 80 mil anos atrás, ou seja, depois de populações de humanos saírem da África mas antes de se expandirem para a Ásia, Oceania, Américas, etc. A fração do genoma dos três indivíduos não-africanos de origem neandertal é entre 1 e 4%, mas esse material não parece ser seletivamente relevante.

A baixa porcentagem de DNA neandertal no genoma do humano moderno indica que o contato entre ambos foi limitado - que paleontólogos já suspeitavam ser o caso. Outra evidência da pouca ou limitada hibridização é o fato de que o genoma do europeu, do asiático e do austronésio possuírem a mesma distância genética do neandertal: se o contato foi comum, espera-se que o europeu seja mais parecido do que o asiático, por exemplo, dado que os europeus teriam ficado (ops!) com os neandertais enquanto outros grupos se expandiriam para o leste. Usando uma analogia, imagine que você e seu irmão vão para a Romênia (e não, não há skype nem wikipedia nessa analogia). Vocês passam um ano por lá, e você então decide ir para a China, mas seu irmão permanece na Romênia. Após uns dez anos eu diria que seu irmão deve estar falando romeno melhor que você... enquanto isso, a sua irmã que ficou no Brasil o tempo todo não faz a menor idéia de como falar romeno. Essa irmã da estorinha seriam os africanos analisados na pesquisa. E continuando a analogia, eu descubro que tanto você quanto seu irmão falam um pouquinho de romeno, e dominam o chinês. Eu posso então desconfiar que seu irmão também foi prá China com você, após um ano na Romênia. Porém, na pesquisa real ainda falta estudar mais etnias africanas para verificar se não há ancestralidade neandertal mesmo, pois a diversidade genética africana é muito grande.

Mesmo com toda essa tecnologia, clonar um neandertal está fora de cogitação: além do genoma do neandertal com muito maior qualidade, teríamos que saber as modificações químicas, arranjos cromossômicos no núcleo e no material materno; o processo de clonagem depende ou de duas células (uma com o núcleo e outra com o óvulo) ou então de células-tronco reprogramáveis, o que é quase impossível; levanta muitas questões éticas - neandertais devem ter o status de humano, e há vários assuntos mais urgentes como pesquisas clínicas.

Referências:
Gibbons, A. (2010). Close Encounters of the Prehistoric Kind Science, 328 (5979), 680-684 DOI: 10.1126/science.328.5979.680
Green, R., Krause, J., Briggs, A., Maricic, T., Stenzel, U., Kircher, M., Patterson, N., Li, H., Zhai, W., Fritz, M., Hansen, N., Durand, E., Malaspinas, A., Jensen, J., Marques-Bonet, T., Alkan, C., Prufer, K., Meyer, M., Burbano, H., Good, J., Schultz, R., Aximu-Petri, A., Butthof, A., Hober, B., Hoffner, B., Siegemund, M., Weihmann, A., Nusbaum, C., Lander, E., Russ, C., Novod, N., Affourtit, J., Egholm, M., Verna, C., Rudan, P., Brajkovic, D., Kucan, Z., Gusic, I., Doronichev, V., Golovanova, L., Lalueza-Fox, C., de la Rasilla, M., Fortea, J., Rosas, A., Schmitz, R., Johnson, P., Eichler, E., Falush, D., Birney, E., Mullikin, J., Slatkin, M., Nielsen, R., Kelso, J., Lachmann, M., Reich, D., & Paabo, S. (2010). A Draft Sequence of the Neandertal Genome Science, 328 (5979), 710-722 DOI: 10.1126/science.1188021

Para saber mais:
Neandertal Genome Analysis Consortium Tracks at UCSC
Science Daily
Carl Zimmer
Neandertais, há quatro anos e hoje (primeiro post da série)
Como capturar um neandertal (segundo post da série)

Crédito da Imagem: artigo da Science

Como capturar um neandertal

Dos dois artigos descrevendo o genoma do neandertal, um que me pareceu ter recebido menos atenção foi um em colaboração com o laboratório de Cold Spring Harbor. Nele os autores descrevem a técnica de captura por hibridização em microarray, que permite "filtrar" regiões do genoma de interesse. As regiões interessantes são seqüencias de DNA que codificam para proteínas, e especificamente regiões em que a proteína humana é distinta da de chimpanzés e orangotangos. Como vimos antes, pode-se fazer com que o microarray detecte ao mesmo tempo um número enorme de moléculas. Nesse estudo eles desenharam as moléculas para que se associem a regiões ao redor das substituições de DNA específicas de humanos, compondo no total quase 14 mil substituições. Essa técnica mostrou-se muito útil em uma amostra como a de neandertal, que apresentava contaminação de 99,8% (presença indesejável de DNA bacterial ou de humanos).

Eles então usaram esse microarray para capturar selectivamente o DNA genômico de um osso de 49 mil anos de neandertal, extraído da caverna de El Sidrón, na Espanha. Ou seja, eles se concentraram nos genes humanos que são distintos dos outros primatas, e através dessa captura puderam identificar se os equivalentes neandertais se pareciam mais aos outros primatas ou a humanos. Em 91,5% dos casos o osso neandertal apresentou a versão "humana" da substituição no gene, e em 8,5% o DNA neandertal se parecia mais ao de chimpanzé - para o grupo de genes estudados que passou nos testes de contaminação.

Porém mesmo dentro da população humana há diversidade (ainda bem!), e assim os pesquisadores utilizaram a mesma técnica em um conjunto de 50 genomas humanos extraídos do Painel de Diversidade Genômica Humana (uma base de dados de genomas contemporâneos, considerados importantes por sua diversidade e raridade). Para esse conjunto de indivíduos 87,8% das substituições estão fixadas - ou seja, não há diversidade dado que todos apresentam o mesmo estado - e o resto é polimórfico. Combinando os dois resultados, verificaram que há 88 substituições fixadas (compartilhadas por todos) nas populações modernas onde os neandertais apresentam a forma ancestral. Ou seja, essas 88 modificações - em 83 genes, pois há genes com mais que uma substituição - são mais recentes que a divisão entre o humano moderno e os neandertais e podem ser importantes evolutivamente. A cobertura média foi de 5 vezes para as seqüências de neandertal e de 10 vezes para o DNA humano, onde "cobertura" é o número de vezes que uma mesma base foi sequenciada, e é uma medida de qualidade por redundância.

Os autores ressaltam que há uma limitação no estudo devido à diversidade de amostras: um estudo preliminar do grupo comparando com o "genoma de referência" humano (uma "média" do que seria nosso genoma) apontava para um número muito maior de aminoácidos diferentes do que comparando com os 50 genomas individuais. Talvez se levarmos em conta toda a variabilidade genética dos humanos modernos o número de aminoácidos seja ainda menor que os 88. Mas vale a pena estudar com cuidado esses genes, e é o que farão a partir de agora.

Referência:
Burbano, H., Hodges, E., Green, R., Briggs, A., Krause, J., Meyer, M., Good, J., Maricic, T., Johnson, P., Xuan, Z., Rooks, M., Bhattacharjee, A., Brizuela, L., Albert, F., de la Rasilla, M., Fortea, J., Rosas, A., Lachmann, M., Hannon, G., & Paabo, S. (2010). Targeted Investigation of the Neandertal Genome by Array-Based Sequence Capture Science, 328 (5979), 723-725 DOI: 10.1126/science.1188046


Para saber mais:
Science Daily
Neandertais há quatro anos e hoje (post anterior)

Obs: In memoriam ao professor Javier Fortea, um dos responsáveis pelo projeto, que infelizmente não verá este fruto de seu trabalho.

Testando a qualidade do leite com microarrays

Mesmo o gado de fazendas orgânicas está sujeito a doenças, e nesses casos antibióticos lhe são administrados. Como resíduos desses antibióticos podem passar ao leite, animais tratados não entram na cadeia de produção. Até agora os testes para se detectar a presença de antibióticos no leite eram baseado em meios de cultura (ou seja, testa-se a capacidade do leite de matar as bactérias), que é caro e laborioso. Cientistas alemães desenvolveram um método (acho que no Brasil chamam de "kit laboratorial", em inglês é "minilab") para detectar a presença de antibióticos no leite baseado em um microarray que pode ser usado várias vezes e leva apenas uns dez minutos.

"Microarray" quer dizer literalmente "micro-matriz", mas o termo no Brasil acabou virando "microarranjo", e é uma versão high-tech, em escala molecular do papel pega-mosca. O microarray é uma placa de vidro quadriculada, e cada quadradinho possui um tipo de molécula grudada no vidro em quantidade específica. No caso desse kit cada quadrado possui um antibiótico - muitas moléculas desse antibiótico, melhor dizendo - e, ao ser adicionado o leite que querem testar, adicionam também uma quantidade específica de anticorpos contra o antibiótico.

Assim, em cada quadrado temos o antibiótico da placa e do leite competindo pelos anticorpos. Se no leite não houver o antibiótico, todos os anticorpos se grudarão aos antibióticos da placa, e se no leite tiver muito do antibiótico a placa continuará limpinha pois todos os anticorpos se ligarão aos antibióticos do leite. Assim, depois de lavar a placa para retirar o leite, a quantidade de anticorpos restante no quadradinho indica o quanto do antibiótico em questão havia no leite (mesmo lavando, o anticorpo não sai). Os anticorpos brilham - como nos filmes policiais em que o sangue brilha quando sob uma luz azul - e assim a intensidade do brilho indica o quanto de cada antibiótico havia no leite.

Exemplo de microarray (essa é uma imagem já processada pelo computador, em que as cores dizem se a placa tem mais ou menos da molécula - anticorpo - que uma placa padrão)

Fonte: Science Daily e Eurekalert.