Micromundo: Internet Genética Bacteriana e Tratamentos

Duas Guerras

Os patógenos, para se replicarem necessitam não só demanipular a sinalização celular e subverter o sistema imunológico mas ainda têm pela frente outra barreira: as bactérias que vivem no próprio organismo. 1 grama de intestino grosso contém cerca de 60 mil milhões de bactérias.

Uma das formas que as bactérias patogénicas usam para eliminar a concorrência bacteriana e causar diarreia. A exemplo desta estratégia, Citrobacter rodentium – variante de E. coli que ataca ratos – inflama o intestino e um influxo de células imunes que eliminam um importante subtipo de flora intestinal desses animais.  Assim, podem multimplicar-se mais rapidamente.

Uma outra estratégia pertence à Salmonella, variante que ataca ratos. Esta bactéria imita o comportamento da flora intestinal do animal.

Intenet Genética

As interacções entre os microrganismos oferece uma oportunidade de aquisição e troca de ferramentas. O intestino funciona como uma internet microbiana, com uma grande interacção microbiana e, desta forma, grande troca de informação genética.

Como há um grande índice geracional nestes microrganismos, e como a partir de poucos são produzidos muitos numa única célula, a taxa de mutação é muito grande. Como tal a aquisição de mutações ou a troca, com outros microrganismos que se encontram na mesma célula, de material genético conferem competição diferencial positiva. É certo que muitos, devido às mutações, deixam de ser patogénicos mas os que continuam a ser patogénicos podem ter adquirido ferramentas poderosas.

A aquisição de novas ilhas de patogenicidade confere uma vantagem ao microrganismo, ao permitir a colonização de outro hospedeiro ou permitindo uma maior agressividade no mesmo hospedeiro. Pensa-se que a E.coliO157 surgiu no fim dos anos 70 ao adquirir uma ilha de patogenicidade que codifica uma nova T3SS que permite a produção da toxina Shiga. Esta toxina produz diarreia e doenças renais.

Tratamentos

Os sistemas de injecção do material genético das bactérias para o interior das células dá ideias para terapias. Uma nova vacina contra a E.coliO157 basia-se no conhecimento do sistema de secreção da bactéria. A vacina contém pedaços do T3SS e de alguns efectores para que o sistema imunitário possa reconhecer essas proteínas antes da possível infecção. Este tratamento destina-se a gado.

Outra estratégia de tratamento é o foco dos factores de virulência. Ao desligar os genes que expressam esses factores a bactéria torna-se inofensiva. A criação de moléculas bloqueadoras da adesão bactéria/célula também tem sido foco de atenção.

 

Fonte: Scientific American,  "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010

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Micromundo: Evolução e Aquisição de Estratégias

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

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Micromundo: Armas Bacterianas

Os microrganismos, no corpo humano, vivem na proporção de 10 para 1 em relação às nossas próprias células. O que quer dizer que nós somos, na realidade, um décimo. Os outros 90% do corpo são microrganismos.

As doenças infecciosas são a segunda maior causa de morte no mundo. A tuberculose mata cerca de 2 milhões de pessoas por ano. Nas últimas décadas a ciência arranjou uma forma de protecçãncia arranjou uma forma de protecçoemundo. oporço contra as cerca de 100 perigosas para nós ao usar antibióticos. Contudo as bactérias conseguiram arranjar estratégias para combater os antibióticos. Apareceram as bactérias resistentes.

As bactérias injectam proteínas no interior das células que reprogramaam a maquinaria celular. Algumas até são capazes de eliminar as células benignas para ter um maior controlo.

1-      E. coli enterohemorrágica O157 – No trato gastro-interstinal, liga-se à parede do intestino e produz uma toxina que induz a diarreia com sangue. Esta bactéria sintetiza o seu próprio receptor e consegue introduzi-lo atravéz do sistema de secreção tipo 3 (T3SS).

                                                               i.      T3SS – injecta a molécula Tir e outras 40 moléculas efectoras na membrana do hospedeiro para ligar uma das moléculas de superfície à Tir. A actina do citoesqueleto da bactéria começa a formar polímeros que empurram a membrana celular por dentro até formar um pedestral.

2-      Helictobacter pylori – liga-se às células epiteliais do estômago e começa a alterar o ambiente para promover a própria sobrevivência. Liberta a ureaze para combater a acidez do estômago. Desta forma, esta bactéria, causa úlceras e é a única que pode causar câncro. Não precisa de entrar na célula para causar infecção.

                                                               i.      T4SS – injecta a proteina efectora CagA. Esta proteína induz as células epiteliais a mostrar mais receptores, onde a H. pylori se liga. Pode também alterar a sinalização interna por forma a alongar, dispersar e, assim, matar as células. Forma-se a úlcera.

3-      Salmonella – causa diarreia em mais de mil milhões de pessoas. Penetra na membrana celular.

                                                               i.      Usa variante T3SS – Ilha de patogenicidade da Salmonella 1 (SPI-1). Injecta  na célula epitelial  efectores que reorganizam a polimerização da actina por forma a produzir um aspecto ondulatório na membrana celular. A ondulação envolve a bactéria e arrasta-a para dentro da célula hospedeira. As moléculas introduzidas por SPI-1 induzem a diarreia.

A Salmonella, ao penetrar as células epiteliais chega à barreira das células imunes. No vacúolo fagocítico, a bsctéria liberta uma segunda T3SS (SPI-2)

                                                             ii.      T3SS (SPI-2) - As proteinas libertadas convertem a membrana do vacúolo, para que moléculas assaninas não possam penetrá-lo. Assim, pode replicar-se no seu interior de forma segura. Este sistema permite a sobrevivência no interior dos fagócitos.

Salmonella Typhi, que causa a febre tifoide utiliza o mecanismo SPI-2. Desta forma pode alcançar tecidos mais além.

4-      Legionella pneumophinla – responsável pela “doença do legionário”

                                                               i.      T4SS – Injecta cerca de 80 efectores nos fagócitos. Alguns desses efectores subvertem o vacúolo para que possam replicar nele com segurança.

Fonte: Scientific American,  "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010

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A Meta Indesejada

Supõe-se que no século passado, os gases de efeito estufa tenham aquecido o planeta cerca de 0,75ºC. Neste século o cenário não está melhor.

Chegar aos 560ppm desses gases traduz-se num aumento da Temperatura Média Global (TMG) de cerca de 3ºC. O acordo político é que até 2100 a TMG não exceda os 2ºC, equivalente a uma concentração de 450ppm.

Bem, de 450ppm para os 560ppm vão 110ppm e em quanto tempo injectamos essa concentração na atmosfera? Fácil, injectamos cerca de 2ppm/ano o que faz com que em 55 anos atingiríamos os 560ppm. O problema é que a meta são os 450ppm e nós estamos nos 387ppm. Assim sendo, dentro de 31 anos estamos na meta exigida. Em um terço do tempo atingiremos o limite imposto. “Neste momento estamos nos 387 ppm e a aumentar 2 ppm/ano” (Wallace Broecker).

De acordo com Myles Allen, a humanidade pode ainda injectar 1 milhão de toneladas de CO₂ na atmosfera até 2050 e manter o aquecimento abaixo dos 2ºC. Mas… até este momento já emitimos metade dessa quantidade. Apenas um quarto das reservas de carvão, petróleo e gás natural podem ser queimadas. Isto é, “as emissões têm de cair 2%-2,5%/ano” (Myles Allen). Temos de conseguir uma “redução de 80% de emissões de CO₂ até 2050.” (Jon Foley).

Fonte: Scientific American, Fevereiro 2010, "Numerologia Climática", David Biello

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Não podemos chegar à meta de 450ppm. Haverá um ponto de não-retorno. Cabe a todos nós preservar o ambiente e todo o ecossistema. O objectivo deverá ser abrandar o passo e incentivar uma economia baseada nas energias renováveis.

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Desequilíbrio Fundamental

As pulseiras do equilíbrio, e umas quantas “medicinas” alternativas, que fomentam uma cura pelo equilíbrio e usam jargões científicos para pasmar os utentes/clientes são, na verdade, uma incoerência científica.

Hoje fala-se muito em equilíbrio, queremos estar em equilíbrio físico, mental, psicológico, energético, enfim, em equilíbrio de tudo e com tudo. O problema é que, cientificamente, o equilíbrio é sinónimo de morte.

A ideia do equilíbrio é muito bonita e atraente a uma sociedade stressada e cansada. Esta ideia sugere relaxamento, tudo o que precisamos depois de meio dia de trabalho e meio dia de trânsito. No entanto aquilo que sugere não é o que sustenta o sentido científico. Em primeiro lugar estes negócios só buscam o desequilíbrio das contas dos clientes (mas isso é problema dos clientes porque pagam). Em segundo lugar não buscam o equilíbrio pois isso seria drástico (ou seja é publicidade enganosa).

Em Química, o equilíbrio atinge-se quando “a proporção entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reacção química se mantém constante ao longo do tempo”. Em Física, o equilíbrio atinge-se quando as forças se compensam. Assim deixa de haver movimento. No ponto de equilíbrio de um pêndulo todas as forças se anulam e não há qualquer movimento.

O nosso corpo está repleto de reacções físico-químicas. Um pensamento depende de reacções químicas entre neurónios. Todo o nosso corpo é um frasco de inúmeras reacções constantes. O motor dessas reacções, e consequentemente da vida, são os diferentes gradientes tanto de pressão como de concentrações. A respiração depende, também, do transporte de protões de fora para dentro de organelos celulares e isso acontece por dois motores:

1-       

      1 - há mais protões fora e, por transporte passivo, passa para dentro – isto é devido ao gradiente de concentrações.

2-       

       2 - Por um motor celular – transportador protónico. Só por esta reacção vital vemos que o desequilíbrio é fundamental à vida.

Assim, o desequilíbrio é o motor da vida. Só andamos para a frente se estivermos desequilibrados para a frente e se aprendermos a cair, por forma a colocar bem o pé para dar o próximo passo. Se não aprendermos a cair e a olhar para o chão pisamos o que não queremos: pulseirinhas e amuletinhos do equilíbrio que fazem bem ao mau olhado; pedrinhas que equilibram o espírito e curam enxaquecas; águasinhas milagrosas que fazem bem às finanças; enfim uma panóplia de obstáculos que eu não quero pisar.

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E Numa Questão de Probabilidades Nasceu o Universo

A mecânica quântica apresenta a previsão de que a matéria se produz constantemente a partir do nada. A Lei de Lavoisier aplica-se também aqui. Pares de partícula e anti-partícula aparecem espontaneamente para, depois, colidirem e anularem-se. No fim, nada se perde, nada se cria e fica tudo na mesma.

Em 1974, Stephen Hawking fez a previsão teórica de que se isto acontecesse em cima do horizonte de eventos de um buraco negro, uma das partículas seguiria viagem para fora, em nossa direcção e outra cairía no buraco negro. A observação dessa partícula foi chamada de radiação de Hawking.

“Até agora não havia maneira de medir esta radiação (…) mas um grupo de cientistas conseguiu criar uma maneira de aprisionar e puxar uma das partículas para  simular a queda para dentro do buraco negro. (…) Isso criou fotões dentro das frequências previstas pela teoria. (…) Apenas da indeterminação nasce matéria.”. (cróica de ciência)

Uma das características do mundo quântico é que as suas oscilações energéticas surgem por aleatoriedade e não requerem qualquer causa externa, pelo que Hawking explica que “a criação espontânea é a razão porque há algo em vez do nada”.

Ao olhar para longe no espaço, e para trás no tempo, reparamos que os corpos e algomerados celestes parecem se agrupar num ponto. Nos 10^-43 segundos, que é o tempo de Plank – período de tempo mais curto possível de calcular -, é o momento mais jovem possível de alcançar. Isto porque mais cedo do que isso a curvatura, a pressão e a temperatura do Universo primordial atingem valores na ordem do infinito. Além disso a distância entre partículas desce até zero. A isto se chama de singularidade e ocorre, também, em buracos negros.

Para ultrapassar a singularidade é necessário unir a teoria da gravitação, de Einstein e a teoria quântica numa teoria de gravitação quântica. Ou mais bonito: a Teoria de Tudo.

Alexander Vilenkin, professor de física, criou um modelo do Big Bang em que o “Espaço foi criado por um processo quântico (…) ao qual chama de túneis no tecido do espaço-tempo”. “A condição inicial (…) é a de um Universo com um raio em colapso” – nenhum Universo. Depois do Big Bang iniciou-se a inflação movida pelo campo chamado inflatão.

Vilenkin descobriu que “a expansão pode terminar em determinados locais da bolha primordial”. “Segundo este modelo existe uma rede de universos interligados que se expande até ao infinito e do qual surgem sempre novos universos” mas que nunca poderão ser comprovados.

Outra ideia, defendida por John Richard Gott e por Li-Xin Li, é de que “o Espaço-tempo é (…) um ramo do qual sai uma haste que se torna na raiz do próprio ramo. O loop temporal [por ser um sistema de gravidade em loop] teria apenas um “comprimento de Plank”, de 10^-35 metros.

Em 1988 Richard Feynman elaborou um diagrama – diagrama de Feynman – no qual previu o comportamento das partículas subatómicas. Hawking e James Hartle desenvolveram as teorias de Feynman e analisaram a soma dos caminhos percorridos pelos fotões desde o início até ao fim da sua trajectória – ao que se chama de Estado de Hartle-Hawking.

Neste momento vemos mais uma curiosidade da teoria quântica: “partículas elementares podem existir simultaneamente em vários estados, que se sobrepõem” que, ao serem observadas, “decidem-se” pelo seu estado. Isto leva-nos a responder que as histórias com menor probabilidade corresponderão a outros universos.

Hawking aposta na teoria de cordas como a candidata para a unificação da física e, por conseguinte, para a Teoria de Tudo. A teoria de cordas contempla partículas com 10^-33 centímetros e que podem vibrar num espaço de 10 dimensões. Nesta teoria tem lugar um elemento crucial para a unificação: o gravitão, responsável pela transmissão da força da gravidade.

Via New Scientist:
http://www.newscientist.com/article/dn19508-hawking-radiation-glimpsed-in-artificial-black-hole.html

Sobre a mecânica quântica:
http://cronicadaciencia.blogspot.com/2010/09/sobre-mecanica-quantica.html

Focus Magazin, Michael Odenwald

Crónica de Ciência, "Criação a Partir do Nada e Radiação de Hawking"

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Rápidas: Nova Descoberta no LHC

Dia 21 de Setembro foi anunciada uma descoberta feita numa das experiências no Grande Colisor de Hádrons (LHC), na potência de 7 TeV. 

Foi detectado que algumas partícular estão, de alguma forma, ligadas. Guido Tonelli, físico do Cern, diz que “o novo fenômeno apareceu em nossas análises em meados de julho” e ainda que "precisamos de mais dados para analisar completamente o que acontece e dar os primeiros passos para uma nova física, um novo mundo que o LHC, esperamos, vai nos permitir descobrir". Parece que "certas partículas são intimamente ligadas, de uma maneira que nunca foi observada nas colisões de protões".

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Rápidas: Mistério do Triângulo das Bermudas Desvendado

O mistério dos desaparecimentos no Triângulo das Bermudas foi explicado pela equipa de Michael Denardo, no American Journal of Physics. 

A explicação é que a alta actividade vulcânica da zona liberta bolhas de metano que crescem exponencialmente ao chegar à linha de água. Desta forma o ar torna-se menos denso (já que o metano é menos denso que o ar), isto torna os instrumentos imprecisos e levam à destruição de embarcações e aviões.

Para ler mais: aqui e aqui

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Uma Profecia Científica: O Início da Era da Biologia Sintética

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:

Em Maio de 2010 O Instituto Craig Venter criou a primeira célula sintética no que foi intitulado o início da “Era da Biologia Sintética”.

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.

O texto original está aqui.

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