Alguém comentou um post num blog metafísico onde também comentei. Não é da competência da ciência falar de um deus (e ainda bem), assim como não é da competência da religião meter o bedelho em questões científicas (só dá mau resultado como se tem visto). Dei ainda uma breve explicação de mutações, recombinações genéticas e aleatoriedade, em que a informação genética também pode ser aumentada.
ão posso compreender genética molecular sem compreender biologia celular. Como a pessoa em questão não compreende como um ser unicelular evolui para multicelular, então é mentira. E ainda exige que a Natureza e os cientistas demontrem-no num copinho em 10 minutos esse fenómeno a ocorrer. O mais engraçado é que, se tal acontecesse não acreditariam. Enfim…
Estes senhores religiosos com aversão à ciência referem-se a textos já alterados e facciosos de sites da mesma laia que, por sua vez tiraram do contexto algum artigo científico. Em vez de irem ao PubMed ou usar o OneNote e ler artigos recentes, completos e não apenas um!
Uma pessoa que não vê evidências científicas mas vê um deus em nuvens, em estrelas e em torradas é uma pessoa que não quer mesmo saber.
A similaridade entre células imunitárias e os hospedeiros bacterianos externos sugere uma explicação para novas tácticas de sobrevivêcia bacteriana.
Legionella - O comportamento da Legionella pode mostrar a origem dos sistemas de secreção bacterianos, que evoluíram não para transmitir doenças mas para protege-las dos ataques do sistema imunitário dos hospedeiros. O T4SS é normalmente usado quando fagocitada por amebas do solo, idênticos aos fagócitos humanos.
Yersinia pestis – Quando os fagócitos tentam eliminar a bactéria, a T3SS bacteriana injecta, pelo menos, quatro efectores que param a maquinaria da célula imune antes da destruição da bactéria. Esses fagócitos com bactérias presas à sua superfície entram nos nódulos linfáticos, onde se multiplicam e causam inchaços ou bubos – é a peste bubónica.
Os patógenos afinam os seus sistemas de secreção para reprogramarem a sinalização celular.
Shigella dysenteriae – causa disenteria. Possui T3SS que injecta cerca de 30 efectores. É arrastada para o interior da célula pela ondulação membranar e utiliza a maquinaria do citoesqueleto para viajar no interior celular e, assim, invadir uma célula vizinha. Desta forma consegue evitar as células imunitárias.
Alguns dos sinais emitidos atraem células endríticas para o local da infecção. A bactéria penetra nas células dendríticas e são levados através do interstino. O rompimento da parede intestinal provoca diarreia.
Outras bactérias evitam a resposta imunitária adquirida pelos linfócitos-T e células-B através da alteração constante das proteinas superficiais de membrana (Shigella)
A Salmonella inicia uma sinalização interna em cascata que induz a apoptose dos fagócitos antes de estes interagir com as células do sistema imunitário adquirido.
Fonte: Scientific American, "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010
Nos últimos dez anos assistimos a um progresso exponencial do entendimento da genética. Há dez anos foi o anúncio da sequenciação do genoma humano. Em 2003, os investigadores do Instituto J. Craig Venter criaram a versão sintética do bacteriófago phiX174. Quatro anos mais tarde obtiveram a transformação de uma espécie de bactéria por transplante de genoma.
Actualmente as instruções podem ser implantadas em células de outra espécie para que estas expressem essas proteínas. Esta engenharia, de projectar sistemas vivos que desempenham funções não encontradas na Natureza provoca um grande impacto. Basta imaginar que podemos construir bactérias que produzem gasolina ou que destroem dióxido de carbono, ou até organismos geneticamente modificados que operam em células cancerígenas.
A informação contida no texto acima está num artigo de Lawrence M. Krauss, da Scientific American de Março de 2010. Isto é, Krauss previu, e bem, que o início da Era da Biologia Sintética estava a chegar. De facto, assim foi:
Podemos dizer que foi uma espécie de Profecia Científica.
Hoje temos a oportunidade de modificar o genoma de alimentos para que durem mais ou para que não sejam afectados por pragas e doenças. Outra grande vantagem dos organismos geneticamente modificados (OGM) é que não necessitam de pesticidas, aliviando o alimento e, também, o ambiente.
Actualmente já temos cartilagem criada em laboratório para substituir em caso de acidente. Daqui a poucos anos teremos packs de células especializadas para substituir em caso de necessidade.
Na década de 1880 William Colley descobriu uma técnica para estimular a resposta imunológica. Descobriu os adjuvantes.
Já no século XX Gaston Ramon e Alexander Glenny experimentaram tapioca e hidróxido de alumínio para potenciar o efeito das vacinas contra o tétano. Durante os anos 30 foi descoberto que os antigénios suspensos em emulsões de óleo e água podem aumentar o mesmo efeito. Contudo, muitos destes aditivos aprestentavam efeitos indesejados.
Após ter havido uma diminuição no interesse pelos adjuvantes, o HIV, nos anos 80, motivou uma pesquisa de novas combinações de adjuvantes para tentar combater o vírus.
Em 1997 ocoreu uma descoberta bastante importante nesta área: há receptores celulares especializados em reconhecer padrões de parte de microrganismos. Detectam patógenos e fornecem o sinal de perigo que estimula as células dendríticas. Os receptores Toll-like (TLR) são os mais importantes para accionar as células dendríticas.
Novas Vacinas
Nos anos 80 e 90 houve uma tentativa de identificar adjuvantes naturais, e também sintéticos para modular a resposta imunitária. Os adjuvantes tradicionais, o alume e as emulsões de óleo em água (MF59 e AS03) estão aprovadas na Europa para uso nas vacinas da gripe.
Os avanços científicos permitiram a eliminação de elementos tóxicos nos adjuvantes e misturar substâncias para que a resposta imunitária fosse optimizada. Surgiu, assim, um novo adjuvante, o monofosforil lipídio A (MLP), produzido pela desintoxicação e purificação de um lípido da molécula LPS.
Uma nova vacina foi desenvolvida por um grupo de investigadores. É baseada no antigénio RTS,S, formado por uma proteína recombinante presente na superfície do parasita da malária. Conecta-se à superfície do antigénio da hepatite B para estimular o reconhecimento. Esta molécula é administrada com uma mistura de adjuvantes (emulsão de óleo em água, MPL e QS21 e extrato vegetal). A vacina foi testada e 71% dos receptores foram protegidos da contaminação. Outros testes demonstraram protecção em 30% das crianças e a incidência de sintomas graves foi reduzida 60%. Este é o sucesso das vacinas que combinam antigénios e adjuvantes para produzir a resposta imunitária requerida.
A vacina experimental contra a gripe, com emulsão de óleo em água AS03 gerou níveis de anticorpos de 90,5% dos receptores com 65 anos. Os adjuvantes são importantes para casos de epidemias e pandemias. Quando é necessário vacinar uma grande quantidade de indivíduos é necessário, também, menos quantidade de antigénios. Assim, uma vacina com adjuvante pode ter apenas um terço da quantidade de antigénio, como demosntrou a vacina experimental para a H5N1.
Novos Adjuvantes
Os lipossomas transportadores já são utilizados para encapsular medicamentos. Vesículas poliméricas de antigénios feitas de polissacáridos naturais têm a vantagem de incorporar substâncias imunoestimulantes naturais.
Os investigadores perceberam que a sinalização inicial das células dendríticas determina a resposta de acordo com o tipo de ameaça. Desta forma, ao realizar combinações de adjuvantes pode-se estimular o sistema imunitário da melhor forma.
Fonte:
Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009
Há mais de 200 anos que as vacinas mostram serem o método mais económico e mais bem-sucedido de prevenção de doenças infeccionas. Foram elas que, em 1979, erradicaram a varíola e prometem a eliminação da poliomielite, sarampo e malária.
Desde o século X, na China e na índia, até ao século XVIII, na Turquia e Médio Oriente existia a variolização, que consistia na inoculação, braço a braço, a partir do fluido vesicular das lesões. Esta foi a primeira vacina, com muito pouca higiene e com muito perigo e, claro, elevada mortalidade. Em 1774 começou a ser utilizado o vírus da varíola bovina na profilaxia da varíola humana e em 1796 aconteceu a sistematização do método de vacinação, com “vacina viva”(atenuada) deste vírus. Dois anos depois foram publicados os primeiros resultados, por Edward Jenner.
Hoje parece haver uma grande oposição à prática da vacinação, mas isto não é actual. Já no século XIX, em 1802 James Gillray escreveu “The Cow Pack or the Wonderful Effects of the New Inoculation” no “The Publications of the Anti-Vaccine Society”.
Contudo, a ciência avançou e criou a vacina anti-rábica, em 1882, por Louis Pasteur. Em 1956 a OMS lança o “Programa de Erradicação da Varíola”, que se verificou vinte e três anos mais tarde.
Uma vacina não é mais do que uma infecção controlada. É introduzida uma amostra do agente infeccioso para que o sistema imunitário o reconheça e obtenha “dados” para o poder atacar aquando da próxima infecção natural. Os mais idosos têm o seu sistema imunológico fraco e pode não responder de forma eficiente ao tratamento.
São necessários estimuladores do sistema imunológico, chamados adjuvantes. Alguns adjuvantes são usados, há mais de um século, para melhorar as vacinas.
Uma contaminação natural confere imunidade para uma futura investida do agente infeccioso. Uma vacina ideal consistiria numa única dose e, se possível, conferir protecção para outros agentes. Ideal é também promover a acção dos mais variados agentes celulares do sistema imunológico.
O patógeno entra no organismo e encontra as células do sistema imunitário inato, macrófagos e células dendríticas. Estas duas células destroem agentes patogénicos e as células infectadas). Ao digerir as células infectadas e os agentes patogénicos exibem as amostras do invasor – os antigénio. Assim as células do sistema imunitário adaptativo, os linfócitos T e B. As células apresentadoras de antigénios libertam citocinas (substâncias sinalizadoras) que induzem a inflamação e alertam os linfócitos B e T.
Os linfócitos B libertam anticorpos e os infócitos T cititóxicas capturam e destroem as células já infectadas. As vacinas introduzem patógenos por forma a replicar o efeito imunológico.
As “vacinas vivas”atenuadas reproduzem-se lentamente mas apresentam antinénios e, assim, podem estimular uma resposta imunológica robusta. Contudo não devem ser administradas a indivíduos com problemas imunológicos. Um perigo destas vacinas é o facto de os vírus destas vacinas serem atenuados por mutações pontuais na zona de acoplamento do ribossoma. Com estas mutações o ribossoma não reconhece a cadeia, não acopla e não sintetiza as proteínas de reprodução viral. Mas, como a mutação é efectuada numa pequena extensão do DNA/RNA, pode ocorrer uma reversão da mutação e tornar o vírus novamente virulento.
As vacinas mais eficazes são as de subunidades, que contêm pedaços de vírus para que sejam reconhecidos sem a capacidade de haver uma replicação.
As células dendríticas, com antigénios migram para os gânglios linfáticos, onde sinalizam e provocam a resposta dos linfócitos B e T. Sem os indicadores de perigo estas células não conseguem amadurecer nem migrar. Então, as vacinas de subunidades necessitam de adjuvantes para ampliar o fluxo de citocinas, moléculas sinalizadoras, para que haja uma resposta mais eficiente.
O adjuvante alume (sais de alumínio) é dos mais antigos. Desde os anos 30 que é utilizado com eficácia. Mas é insuficiente em vacinas contra infecções que requerem mais do que protecção por anticorpos. Então, uma vacina necessita, também, de estimular não só as células dendítricas mas também os linfócitos T. Por este motivo há uma grande investigação na produção de adjuvantes mais eficientes.
Fontes:
Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009
Nos últimos 15 anos foram criados organelos celeluares sintéticos; o cromossoma humano, em 1997 e, no mesmo ano, ribossomas pelo tecnólogo molecular George Church e a sua equipa. O ano passado (2009) foi a vez de Robert Linhardt e a sua equipa criarem mais um organelo – o complexo de Golgi. (Universo Paralelo)
Agora, depois de 57 anos da experiência de Urey-Miller, por geração expontânea, magia, deus ou homem, o que é certo é que Craig Venter e a sua equipa criaram, pela primeira vez, uma bactéria totalmente feita a partir de componentes sintéticos.
O Genoma da bactéria é constituído por letras de DNA (A, G, C, T) de forma a codificar informação proteica. Estes quatro nucleótidos são compostos químicos de bases azotadas, pentoses e açúcares e podem ser unidos uns aos outros em laboratório. Assim, pode-se criar um código igual ao da bactéria natural e… voilá, aconteceu! (obviamente não é assim tão fácil).
A saga de Craig começou há mais de 15 anos e custou 40 milhões de dólares. Afinal não foi ao 6º dia... foi, antes, ao 5475º dia.
“O nascimento desta primeira forma de vida artificial ficará registado para a posteridade nas páginas da edição de sexta-feira da revista Science (e na Web, desde hoje). “Esta é a primeira célula sintética jamais fabricada”, afirma Venter, “e dizemos que é sintética porque a célula é totalmente derivada de um cromossoma sintético.”” (Público)
As bactérias sintéticas aparecem nesta imagem, são azuis e iguais às naturais de que são cópia.
Nos últimos 15 anos foram criados organelos celeluares sintéticos; o cromossoma humano, em 1997 e, no mesmo ano, ribossomas pelo tecnólogo molecular George Church e a sua equipa. O ano passado (2009) foi a vez de Robert Linhardt e a sua equipa criarem mais um organelo – o complexo de Golgi.
Este organelo modifica as proteínas, que entram num topo do complexo, são modificadas ao passarem pelas sucessivas bolsas e, por fim saem do lado oposto modificadas e activas.
Linhardt criou a versão sintética num chip com “1mm2 para simular a linha de montagem de enzimas que modificam uma biomolécula dentro do complexo de Golgi. As amostras de moléculas são presas a partículas magnéticas suspensas em uma gotícula aquosa de 300 bilionésimos de litro colocada num chip.”. É, ainda necessário aplicar uma carga eléctrica para que a molécula se diriga para onde deve.
Numa experiência com um precursor inactivo de heparina (anticoagulante) o organelo modificou de forma rápida, eficiente e tornou a heparina funcional. Esta técnica mostrou-se mais rápida e segura do que as técnicas actuais, que usam animais.
O investigador pretende agora criar um Retículo Endoplasmático, um organelo onde se acopla o ribossoma, o DNA e um tipo de RNA para que ocorra síntese de proteínas. “Estamos reproduzindo pedaços de uma célula em chips electrónicos com a esperança de conseguir sistemas cada vez mais complexos” (Linhardt).
Fonte: Scientific American, Bloco de Notas: “Golgi Sintético”, Charles Choi, Novembro 2009
Para reproduzir, uma protocélula tem de crescer, duplicar o seu conteúdo genético e, por fim, dividir-se. As experiências mostram que as vesículas primitivas podem crescer de duas formas:
1- Prie Luigi Luisi, na década de 90 adicionou ácidos gordos à água ao redor dessas vesículas. As membranas incorporaram os ácidos gordos (como já se tinha predito atrás) e aumentaram a área de superfície. Ou seja, o volume aumentou.
2- Irene Chen, mostrou que as protocélulas cheias de RNA incharam. “As membranas inchadas foram submetidas à tensão que provocou crescimento. (…) as vesículas inchadas cresceram ao sequestrar ácidos gordos das vesículas relaxadas vizinhas, que encolheram”
Em 2008 Ting Zhu observou o crescimento de protocélulas após alimentá-las com ácidos gordos. Surpreendentemente as vesículas produziram filamentos, que foram crescendo e que transformaram toda a vesícula num tubo fino e instável a movimentações. Facilmente se quebrava em muitas protocélulas filhas que cresciam e repetiam todo o ciclo.
As protocélulas teriam ainda de evoluir, de separar as cadeias de RNA para que cada uma servisse de molde à polimerização de outra nova cadeia.
Tal evento poderia ter ocorrido em zonas vulcânicas, com a ajuda de correntes de convecção. “As protocélulas (…) ficariam expostas a ondas súbitas de calor ao passar perto das rochas quentes (…) [que] faria com que uma hélice dupla se separasse em cadeias simples”. Nas regiões frias a dupla hélice retomava a sua estrutura original.
Em algum tempo surgiam mutações, tornando-se ribozimas que aumentariam a velocidade de replicação do RNA (como descrito acima), originando uma vantagem adaptativa. Posteriormente as ribozimas começariam a copiar o RNA sem ajuda externa.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
O último passo é a polimerização, a junção de vários nucleótidos de forma a formar uma cadeia de RNA. Os investigadores conseguiram, com a adição de substâncias químicas formar espontaneamente cadeias de 2 a 40 nucleótidos de RNA. Jim Ferris nos anos 90 demonstrou que os argilominerais aumentam o rendimento para 50 nucleótidos.
Outro desafio é a replicação. Esta característica é essencial para um organismo e são a enzimas a realizar esse processo. Contudo, como já foi referido, o RNA pode realizar essa tarefa. David Bartel fez ribozimas “evoluírem”.
“A cada rodada de replicação, algumas das novas linhagens de RNA sofriam mutações que as transformavam em catalisadores mais eficientes, e mais uma vez nós as seleccionamos para a próxima rodada de replicação. (…) fomos capazes de produzir ribozimas que podem catalisar a cópia de fitas relativamente pequenas de DNA”(Alonso Ricardo e Jack W. Szostak).
Tracey Lincoln e Gerald Joyce construíram duas ribozimas de RNA evoluírem. Conseguiram com que fizessem cópias delas próprias. Contudo necessitaram de juntar sequências pré-existentes de RNA para que a reacção tivesse sucesso. O processo catalítico, de construir uma cadeia de RNA ou DNA a partir de um molde fornecido é demorado. Mas ao trocar o par oxigénio-hidrogénio por um grupo amina no açúcar (equivalente a uma mutação) torna a polimerização muito mais rápida.
Como é que os componentes celulares arcaicos se juntaram no interior de uma membrana para formar as protocélulas? Uma célula tem estruturas proteicas que reparam a membrana e fornecem à célula uma concentração osmótica suficiente para viver. Então, como é que uma protocélula, sem a maquinaria proteica o pode fazer?
Estudos da década de 70 mostram como é que as membranas se juntavam de forma espontânea a partir de ácidos gordos, mas eram uma barreira para a entrada de nucleótidos. Mas, mesmo com esta barreira, os nucleótidos e outras moléculas podem “escorregar” através da membrana. Isto em membranas simples.
Uma simples experiência comprova-o: “preparámos vesículas feitas com ácidos gordos contendo um pequeno pedaço de uma cadeia simples de DNA (…) [para servir de] molde (…) [e] expusemos essas vesículas a versões quimicamente reactivas desses nucleótidos. Os nucleótidos cruzaram a membrana de forma espontânea (…), se alinharam com a cadeia de DNA e reagiram um com o outro para gerar uma fita complementar”
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
O RNA e DNA são compostos por bases azotadas, um açúcar e um grupo fosfato. As bases azotadas podem surgir de espontaneamente a partir de cianeto, acetileno e água. Os açúcares também se formam facilmente a partir de uma solução alcalina de formaldeído aquecida. Estes compostos estavam todos presentes na terra primitiva. Contudo há um problema: a ribose é instável em soluções alcalinas. Como é que se estabilizou? Alonso Ricardo demonstrou formas de estabilização da ribose.
O fosfato, o terceiro componente é um problema. “Está presente em minerais que não se dissolvem facilmente na água. As altas temperaturas (…) podem converter os minerais (…) em formas solúveis de fosfato, mas as quantidades [de fosfato] são pequenas” Um mineral diferente destes é a schreibersita, encontrado em meteoritos.
Matthew Pasek e Dante Lauretta descobriram que a corrosão deste mineral “liberta fósforo de uma forma mais solúvel na água do que o fosfato e é mais reactiva com compostos orgânicos”
Embora possam ser formados de forma espontânea na água ainda não foi explicado como podem, estes três componentes (Fosfato, açúcar e base azotada), formar nucleótidos (unidades de RNA) espontaneamente. O nucleótidos precisam de energia para se organizarem.
John Sutherland sugeriu como ocorreu a formação dos nucleótidos de forma estável. A equipa juntou as bases azotadas e a ribose com o fosfato. Ou seja, em vez de o fosfato entrar mais tarde, ele foi misturado na reacção ao mesmo tempo. Desta forma o fosfato agiu como catalisador e produziu 2-amino-oxazol – fragmento de açúcar com outro de base azotada.
Esta molécula resultante é estável e volátil e é provável que se tenha formado nessas reacções. Terá evaporado com a água e condensou noutro local, onde se terá acumulado. Numa determinada concentração e com os componentes necessários ocorre a formação das bases azotadas e do açúcar ligados.
Nem sempre a junção destes componentes é correcta, mas a exposição à radiação UV destrói os nucleótidos “incorrectos”.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
É difícil imaginar como as enzimas se formaram espontaneamente de forma a ser um tijolo no aparecimento das primeiras formas de vida, há aproximadamente 3,7 mil milhões de anos. Em condições ideais os aminoácidos surgem facilmente, como demonstrado por Stanley Miller. Agora há que transformar esses aminoácidos em proteínas espontaneamente.
Existe um paradoxo nesta história: precisamos de proteínas para construir proteínas. O DNA precisa que proteínas se acoplem à estrutura para que possa ser transcrita para RNA e daí outras proteínas permitem a tradução para aminoácidos, que constroem proteínas.
Então e se os primeiros organismos não precisassem de proteínas? Primeiro é preciso demonstrar que RNA e DNA se possam formar espontaneamente. E sim, podem formar-se de forma espontânea. E mais, podem enrolar-se de forma a actuar como catalisadores (em vez de usar proteínas). Desta forma são capazes de se replicar sem necessitarem de proteínas. Assim, pensa-se que as primeiras formas de vida tenham sido membranas de ácidos gordos que aprisionaram água em conjunto com o RNA replicante. O próximo passo foram as mutações, que impulsionaram a evolução destas formas permitindo a sua adaptação.
O RNA apareceu em primeiro lugar. O DNA terá aparecido posteriormente como uma forma mais permanente de armazenamento devido à sua estabilidade, superior à do RNA.
As unidades de tradução de RNA para proteína são formadas, elas próprias, por RNA e por proteínas. Esse RNA presente nos ribossomas são evidências fósseis de um passado em que o RNA catalisava a sua própria replicação.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
Alguém comentou um post num blog metafísico onde também comentei. Não é da competência da ciência falar de um deus (e ainda bem), assim como não é da competência da religião meter o bedelho em questões científicas (só dá mau resultado como se tem visto). Dei ainda uma breve explicação de mutações, recombinações genéticas e aleatoriedade, em que a informação genética também pode ser aumentada.
ão posso compreender genética molecular sem compreender biologia celular. Como a pessoa em questão não compreende como um ser unicelular evolui para multicelular, então é mentira. E ainda exige que a Natureza e os cientistas demontrem-no num copinho em 10 minutos esse fenómeno a ocorrer. O mais engraçado é que, se tal acontecesse não acreditariam. Enfim…
Estes senhores religiosos com aversão à ciência referem-se a textos já alterados e facciosos de sites da mesma laia que, por sua vez tiraram do contexto algum artigo científico. Em vez de irem ao PubMed ou usar o OneNote e ler artigos recentes, completos e não apenas um!
Uma pessoa que não vê evidências científicas mas vê um deus em nuvens, em estrelas e em torradas é uma pessoa que não quer mesmo saber.
A similaridade entre células imunitárias e os hospedeiros bacterianos externos sugere uma explicação para novas tácticas de sobrevivêcia bacteriana.
Legionella - O comportamento da Legionella pode mostrar a origem dos sistemas de secreção bacterianos, que evoluíram não para transmitir doenças mas para protege-las dos ataques do sistema imunitário dos hospedeiros. O T4SS é normalmente usado quando fagocitada por amebas do solo, idênticos aos fagócitos humanos.
Yersinia pestis – Quando os fagócitos tentam eliminar a bactéria, a T3SS bacteriana injecta, pelo menos, quatro efectores que param a maquinaria da célula imune antes da destruição da bactéria. Esses fagócitos com bactérias presas à sua superfície entram nos nódulos linfáticos, onde se multiplicam e causam inchaços ou bubos – é a peste bubónica.
Os patógenos afinam os seus sistemas de secreção para reprogramarem a sinalização celular.
Shigella dysenteriae – causa disenteria. Possui T3SS que injecta cerca de 30 efectores. É arrastada para o interior da célula pela ondulação membranar e utiliza a maquinaria do citoesqueleto para viajar no interior celular e, assim, invadir uma célula vizinha. Desta forma consegue evitar as células imunitárias.
Alguns dos sinais emitidos atraem células endríticas para o local da infecção. A bactéria penetra nas células dendríticas e são levados através do interstino. O rompimento da parede intestinal provoca diarreia.
Outras bactérias evitam a resposta imunitária adquirida pelos linfócitos-T e células-B através da alteração constante das proteinas superficiais de membrana (Shigella)
A Salmonella inicia uma sinalização interna em cascata que induz a apoptose dos fagócitos antes de estes interagir com as células do sistema imunitário adquirido.
Fonte: Scientific American, "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010
Nos últimos dez anos assistimos a um progresso exponencial do entendimento da genética. Há dez anos foi o anúncio da sequenciação do genoma humano. Em 2003, os investigadores do Instituto J. Craig Venter criaram a versão sintética do bacteriófago phiX174. Quatro anos mais tarde obtiveram a transformação de uma espécie de bactéria por transplante de genoma.
Actualmente as instruções podem ser implantadas em células de outra espécie para que estas expressem essas proteínas. Esta engenharia, de projectar sistemas vivos que desempenham funções não encontradas na Natureza provoca um grande impacto. Basta imaginar que podemos construir bactérias que produzem gasolina ou que destroem dióxido de carbono, ou até organismos geneticamente modificados que operam em células cancerígenas.
A informação contida no texto acima está num artigo de Lawrence M. Krauss, da Scientific American de Março de 2010. Isto é, Krauss previu, e bem, que o início da Era da Biologia Sintética estava a chegar. De facto, assim foi:
Podemos dizer que foi uma espécie de Profecia Científica.
Hoje temos a oportunidade de modificar o genoma de alimentos para que durem mais ou para que não sejam afectados por pragas e doenças. Outra grande vantagem dos organismos geneticamente modificados (OGM) é que não necessitam de pesticidas, aliviando o alimento e, também, o ambiente.
Actualmente já temos cartilagem criada em laboratório para substituir em caso de acidente. Daqui a poucos anos teremos packs de células especializadas para substituir em caso de necessidade.
Na década de 1880 William Colley descobriu uma técnica para estimular a resposta imunológica. Descobriu os adjuvantes.
Já no século XX Gaston Ramon e Alexander Glenny experimentaram tapioca e hidróxido de alumínio para potenciar o efeito das vacinas contra o tétano. Durante os anos 30 foi descoberto que os antigénios suspensos em emulsões de óleo e água podem aumentar o mesmo efeito. Contudo, muitos destes aditivos aprestentavam efeitos indesejados.
Após ter havido uma diminuição no interesse pelos adjuvantes, o HIV, nos anos 80, motivou uma pesquisa de novas combinações de adjuvantes para tentar combater o vírus.
Em 1997 ocoreu uma descoberta bastante importante nesta área: há receptores celulares especializados em reconhecer padrões de parte de microrganismos. Detectam patógenos e fornecem o sinal de perigo que estimula as células dendríticas. Os receptores Toll-like (TLR) são os mais importantes para accionar as células dendríticas.
Novas Vacinas
Nos anos 80 e 90 houve uma tentativa de identificar adjuvantes naturais, e também sintéticos para modular a resposta imunitária. Os adjuvantes tradicionais, o alume e as emulsões de óleo em água (MF59 e AS03) estão aprovadas na Europa para uso nas vacinas da gripe.
Os avanços científicos permitiram a eliminação de elementos tóxicos nos adjuvantes e misturar substâncias para que a resposta imunitária fosse optimizada. Surgiu, assim, um novo adjuvante, o monofosforil lipídio A (MLP), produzido pela desintoxicação e purificação de um lípido da molécula LPS.
Uma nova vacina foi desenvolvida por um grupo de investigadores. É baseada no antigénio RTS,S, formado por uma proteína recombinante presente na superfície do parasita da malária. Conecta-se à superfície do antigénio da hepatite B para estimular o reconhecimento. Esta molécula é administrada com uma mistura de adjuvantes (emulsão de óleo em água, MPL e QS21 e extrato vegetal). A vacina foi testada e 71% dos receptores foram protegidos da contaminação. Outros testes demonstraram protecção em 30% das crianças e a incidência de sintomas graves foi reduzida 60%. Este é o sucesso das vacinas que combinam antigénios e adjuvantes para produzir a resposta imunitária requerida.
A vacina experimental contra a gripe, com emulsão de óleo em água AS03 gerou níveis de anticorpos de 90,5% dos receptores com 65 anos. Os adjuvantes são importantes para casos de epidemias e pandemias. Quando é necessário vacinar uma grande quantidade de indivíduos é necessário, também, menos quantidade de antigénios. Assim, uma vacina com adjuvante pode ter apenas um terço da quantidade de antigénio, como demosntrou a vacina experimental para a H5N1.
Novos Adjuvantes
Os lipossomas transportadores já são utilizados para encapsular medicamentos. Vesículas poliméricas de antigénios feitas de polissacáridos naturais têm a vantagem de incorporar substâncias imunoestimulantes naturais.
Os investigadores perceberam que a sinalização inicial das células dendríticas determina a resposta de acordo com o tipo de ameaça. Desta forma, ao realizar combinações de adjuvantes pode-se estimular o sistema imunitário da melhor forma.
Fonte:
Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009
Há mais de 200 anos que as vacinas mostram serem o método mais económico e mais bem-sucedido de prevenção de doenças infeccionas. Foram elas que, em 1979, erradicaram a varíola e prometem a eliminação da poliomielite, sarampo e malária.
Desde o século X, na China e na índia, até ao século XVIII, na Turquia e Médio Oriente existia a variolização, que consistia na inoculação, braço a braço, a partir do fluido vesicular das lesões. Esta foi a primeira vacina, com muito pouca higiene e com muito perigo e, claro, elevada mortalidade. Em 1774 começou a ser utilizado o vírus da varíola bovina na profilaxia da varíola humana e em 1796 aconteceu a sistematização do método de vacinação, com “vacina viva”(atenuada) deste vírus. Dois anos depois foram publicados os primeiros resultados, por Edward Jenner.
Hoje parece haver uma grande oposição à prática da vacinação, mas isto não é actual. Já no século XIX, em 1802 James Gillray escreveu “The Cow Pack or the Wonderful Effects of the New Inoculation” no “The Publications of the Anti-Vaccine Society”.
Contudo, a ciência avançou e criou a vacina anti-rábica, em 1882, por Louis Pasteur. Em 1956 a OMS lança o “Programa de Erradicação da Varíola”, que se verificou vinte e três anos mais tarde.
Uma vacina não é mais do que uma infecção controlada. É introduzida uma amostra do agente infeccioso para que o sistema imunitário o reconheça e obtenha “dados” para o poder atacar aquando da próxima infecção natural. Os mais idosos têm o seu sistema imunológico fraco e pode não responder de forma eficiente ao tratamento.
São necessários estimuladores do sistema imunológico, chamados adjuvantes. Alguns adjuvantes são usados, há mais de um século, para melhorar as vacinas.
Uma contaminação natural confere imunidade para uma futura investida do agente infeccioso. Uma vacina ideal consistiria numa única dose e, se possível, conferir protecção para outros agentes. Ideal é também promover a acção dos mais variados agentes celulares do sistema imunológico.
O patógeno entra no organismo e encontra as células do sistema imunitário inato, macrófagos e células dendríticas. Estas duas células destroem agentes patogénicos e as células infectadas). Ao digerir as células infectadas e os agentes patogénicos exibem as amostras do invasor – os antigénio. Assim as células do sistema imunitário adaptativo, os linfócitos T e B. As células apresentadoras de antigénios libertam citocinas (substâncias sinalizadoras) que induzem a inflamação e alertam os linfócitos B e T.
Os linfócitos B libertam anticorpos e os infócitos T cititóxicas capturam e destroem as células já infectadas. As vacinas introduzem patógenos por forma a replicar o efeito imunológico.
As “vacinas vivas”atenuadas reproduzem-se lentamente mas apresentam antinénios e, assim, podem estimular uma resposta imunológica robusta. Contudo não devem ser administradas a indivíduos com problemas imunológicos. Um perigo destas vacinas é o facto de os vírus destas vacinas serem atenuados por mutações pontuais na zona de acoplamento do ribossoma. Com estas mutações o ribossoma não reconhece a cadeia, não acopla e não sintetiza as proteínas de reprodução viral. Mas, como a mutação é efectuada numa pequena extensão do DNA/RNA, pode ocorrer uma reversão da mutação e tornar o vírus novamente virulento.
As vacinas mais eficazes são as de subunidades, que contêm pedaços de vírus para que sejam reconhecidos sem a capacidade de haver uma replicação.
As células dendríticas, com antigénios migram para os gânglios linfáticos, onde sinalizam e provocam a resposta dos linfócitos B e T. Sem os indicadores de perigo estas células não conseguem amadurecer nem migrar. Então, as vacinas de subunidades necessitam de adjuvantes para ampliar o fluxo de citocinas, moléculas sinalizadoras, para que haja uma resposta mais eficiente.
O adjuvante alume (sais de alumínio) é dos mais antigos. Desde os anos 30 que é utilizado com eficácia. Mas é insuficiente em vacinas contra infecções que requerem mais do que protecção por anticorpos. Então, uma vacina necessita, também, de estimular não só as células dendítricas mas também os linfócitos T. Por este motivo há uma grande investigação na produção de adjuvantes mais eficientes.
Fontes:
Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009
Nos últimos 15 anos foram criados organelos celeluares sintéticos; o cromossoma humano, em 1997 e, no mesmo ano, ribossomas pelo tecnólogo molecular George Church e a sua equipa. O ano passado (2009) foi a vez de Robert Linhardt e a sua equipa criarem mais um organelo – o complexo de Golgi. (Universo Paralelo)
Agora, depois de 57 anos da experiência de Urey-Miller, por geração expontânea, magia, deus ou homem, o que é certo é que Craig Venter e a sua equipa criaram, pela primeira vez, uma bactéria totalmente feita a partir de componentes sintéticos.
O Genoma da bactéria é constituído por letras de DNA (A, G, C, T) de forma a codificar informação proteica. Estes quatro nucleótidos são compostos químicos de bases azotadas, pentoses e açúcares e podem ser unidos uns aos outros em laboratório. Assim, pode-se criar um código igual ao da bactéria natural e… voilá, aconteceu! (obviamente não é assim tão fácil).
A saga de Craig começou há mais de 15 anos e custou 40 milhões de dólares. Afinal não foi ao 6º dia... foi, antes, ao 5475º dia.
“O nascimento desta primeira forma de vida artificial ficará registado para a posteridade nas páginas da edição de sexta-feira da revista Science (e na Web, desde hoje). “Esta é a primeira célula sintética jamais fabricada”, afirma Venter, “e dizemos que é sintética porque a célula é totalmente derivada de um cromossoma sintético.”” (Público)
As bactérias sintéticas aparecem nesta imagem, são azuis e iguais às naturais de que são cópia.
Nos últimos 15 anos foram criados organelos celeluares sintéticos; o cromossoma humano, em 1997 e, no mesmo ano, ribossomas pelo tecnólogo molecular George Church e a sua equipa. O ano passado (2009) foi a vez de Robert Linhardt e a sua equipa criarem mais um organelo – o complexo de Golgi.
Este organelo modifica as proteínas, que entram num topo do complexo, são modificadas ao passarem pelas sucessivas bolsas e, por fim saem do lado oposto modificadas e activas.
Linhardt criou a versão sintética num chip com “1mm2 para simular a linha de montagem de enzimas que modificam uma biomolécula dentro do complexo de Golgi. As amostras de moléculas são presas a partículas magnéticas suspensas em uma gotícula aquosa de 300 bilionésimos de litro colocada num chip.”. É, ainda necessário aplicar uma carga eléctrica para que a molécula se diriga para onde deve.
Numa experiência com um precursor inactivo de heparina (anticoagulante) o organelo modificou de forma rápida, eficiente e tornou a heparina funcional. Esta técnica mostrou-se mais rápida e segura do que as técnicas actuais, que usam animais.
O investigador pretende agora criar um Retículo Endoplasmático, um organelo onde se acopla o ribossoma, o DNA e um tipo de RNA para que ocorra síntese de proteínas. “Estamos reproduzindo pedaços de uma célula em chips electrónicos com a esperança de conseguir sistemas cada vez mais complexos” (Linhardt).
Fonte: Scientific American, Bloco de Notas: “Golgi Sintético”, Charles Choi, Novembro 2009
Para reproduzir, uma protocélula tem de crescer, duplicar o seu conteúdo genético e, por fim, dividir-se. As experiências mostram que as vesículas primitivas podem crescer de duas formas:
1- Prie Luigi Luisi, na década de 90 adicionou ácidos gordos à água ao redor dessas vesículas. As membranas incorporaram os ácidos gordos (como já se tinha predito atrás) e aumentaram a área de superfície. Ou seja, o volume aumentou.
2- Irene Chen, mostrou que as protocélulas cheias de RNA incharam. “As membranas inchadas foram submetidas à tensão que provocou crescimento. (…) as vesículas inchadas cresceram ao sequestrar ácidos gordos das vesículas relaxadas vizinhas, que encolheram”
Em 2008 Ting Zhu observou o crescimento de protocélulas após alimentá-las com ácidos gordos. Surpreendentemente as vesículas produziram filamentos, que foram crescendo e que transformaram toda a vesícula num tubo fino e instável a movimentações. Facilmente se quebrava em muitas protocélulas filhas que cresciam e repetiam todo o ciclo.
As protocélulas teriam ainda de evoluir, de separar as cadeias de RNA para que cada uma servisse de molde à polimerização de outra nova cadeia.
Tal evento poderia ter ocorrido em zonas vulcânicas, com a ajuda de correntes de convecção. “As protocélulas (…) ficariam expostas a ondas súbitas de calor ao passar perto das rochas quentes (…) [que] faria com que uma hélice dupla se separasse em cadeias simples”. Nas regiões frias a dupla hélice retomava a sua estrutura original.
Em algum tempo surgiam mutações, tornando-se ribozimas que aumentariam a velocidade de replicação do RNA (como descrito acima), originando uma vantagem adaptativa. Posteriormente as ribozimas começariam a copiar o RNA sem ajuda externa.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009Read more...
O último passo é a polimerização, a junção de vários nucleótidos de forma a formar uma cadeia de RNA. Os investigadores conseguiram, com a adição de substâncias químicas formar espontaneamente cadeias de 2 a 40 nucleótidos de RNA. Jim Ferris nos anos 90 demonstrou que os argilominerais aumentam o rendimento para 50 nucleótidos.
Outro desafio é a replicação. Esta característica é essencial para um organismo e são a enzimas a realizar esse processo. Contudo, como já foi referido, o RNA pode realizar essa tarefa. David Bartel fez ribozimas “evoluírem”.
“A cada rodada de replicação, algumas das novas linhagens de RNA sofriam mutações que as transformavam em catalisadores mais eficientes, e mais uma vez nós as seleccionamos para a próxima rodada de replicação. (…) fomos capazes de produzir ribozimas que podem catalisar a cópia de fitas relativamente pequenas de DNA”(Alonso Ricardo e Jack W. Szostak).
Tracey Lincoln e Gerald Joyce construíram duas ribozimas de RNA evoluírem. Conseguiram com que fizessem cópias delas próprias. Contudo necessitaram de juntar sequências pré-existentes de RNA para que a reacção tivesse sucesso. O processo catalítico, de construir uma cadeia de RNA ou DNA a partir de um molde fornecido é demorado. Mas ao trocar o par oxigénio-hidrogénio por um grupo amina no açúcar (equivalente a uma mutação) torna a polimerização muito mais rápida.
Como é que os componentes celulares arcaicos se juntaram no interior de uma membrana para formar as protocélulas? Uma célula tem estruturas proteicas que reparam a membrana e fornecem à célula uma concentração osmótica suficiente para viver. Então, como é que uma protocélula, sem a maquinaria proteica o pode fazer?
Estudos da década de 70 mostram como é que as membranas se juntavam de forma espontânea a partir de ácidos gordos, mas eram uma barreira para a entrada de nucleótidos. Mas, mesmo com esta barreira, os nucleótidos e outras moléculas podem “escorregar” através da membrana. Isto em membranas simples.
Uma simples experiência comprova-o: “preparámos vesículas feitas com ácidos gordos contendo um pequeno pedaço de uma cadeia simples de DNA (…) [para servir de] molde (…) [e] expusemos essas vesículas a versões quimicamente reactivas desses nucleótidos. Os nucleótidos cruzaram a membrana de forma espontânea (…), se alinharam com a cadeia de DNA e reagiram um com o outro para gerar uma fita complementar”
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
O RNA e DNA são compostos por bases azotadas, um açúcar e um grupo fosfato. As bases azotadas podem surgir de espontaneamente a partir de cianeto, acetileno e água. Os açúcares também se formam facilmente a partir de uma solução alcalina de formaldeído aquecida. Estes compostos estavam todos presentes na terra primitiva. Contudo há um problema: a ribose é instável em soluções alcalinas. Como é que se estabilizou? Alonso Ricardo demonstrou formas de estabilização da ribose.
O fosfato, o terceiro componente é um problema. “Está presente em minerais que não se dissolvem facilmente na água. As altas temperaturas (…) podem converter os minerais (…) em formas solúveis de fosfato, mas as quantidades [de fosfato] são pequenas” Um mineral diferente destes é a schreibersita, encontrado em meteoritos.
Matthew Pasek e Dante Lauretta descobriram que a corrosão deste mineral “liberta fósforo de uma forma mais solúvel na água do que o fosfato e é mais reactiva com compostos orgânicos”
Embora possam ser formados de forma espontânea na água ainda não foi explicado como podem, estes três componentes (Fosfato, açúcar e base azotada), formar nucleótidos (unidades de RNA) espontaneamente. O nucleótidos precisam de energia para se organizarem.
John Sutherland sugeriu como ocorreu a formação dos nucleótidos de forma estável. A equipa juntou as bases azotadas e a ribose com o fosfato. Ou seja, em vez de o fosfato entrar mais tarde, ele foi misturado na reacção ao mesmo tempo. Desta forma o fosfato agiu como catalisador e produziu 2-amino-oxazol – fragmento de açúcar com outro de base azotada.
Esta molécula resultante é estável e volátil e é provável que se tenha formado nessas reacções. Terá evaporado com a água e condensou noutro local, onde se terá acumulado. Numa determinada concentração e com os componentes necessários ocorre a formação das bases azotadas e do açúcar ligados.
Nem sempre a junção destes componentes é correcta, mas a exposição à radiação UV destrói os nucleótidos “incorrectos”.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009Read more...
É difícil imaginar como as enzimas se formaram espontaneamente de forma a ser um tijolo no aparecimento das primeiras formas de vida, há aproximadamente 3,7 mil milhões de anos. Em condições ideais os aminoácidos surgem facilmente, como demonstrado por Stanley Miller. Agora há que transformar esses aminoácidos em proteínas espontaneamente.
Existe um paradoxo nesta história: precisamos de proteínas para construir proteínas. O DNA precisa que proteínas se acoplem à estrutura para que possa ser transcrita para RNA e daí outras proteínas permitem a tradução para aminoácidos, que constroem proteínas.
Então e se os primeiros organismos não precisassem de proteínas? Primeiro é preciso demonstrar que RNA e DNA se possam formar espontaneamente. E sim, podem formar-se de forma espontânea. E mais, podem enrolar-se de forma a actuar como catalisadores (em vez de usar proteínas). Desta forma são capazes de se replicar sem necessitarem de proteínas. Assim, pensa-se que as primeiras formas de vida tenham sido membranas de ácidos gordos que aprisionaram água em conjunto com o RNA replicante. O próximo passo foram as mutações, que impulsionaram a evolução destas formas permitindo a sua adaptação.
O RNA apareceu em primeiro lugar. O DNA terá aparecido posteriormente como uma forma mais permanente de armazenamento devido à sua estabilidade, superior à do RNA.
As unidades de tradução de RNA para proteína são formadas, elas próprias, por RNA e por proteínas. Esse RNA presente nos ribossomas são evidências fósseis de um passado em que o RNA catalisava a sua própria replicação.
Fonte:
A. Ricardo e J.W. Szostak, "Origem da Vida na Terra", Scientific American, Outubro 2009
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