Rápidas: Mais Alimentos Graças a Fungos

Existe a estimativa de que é necessário duplicar a produção de alimentos nos próximos 40 anos. E a melhor forma de o fazer pode passar pela manipulação genética. Contudo, uma nova prespectiva sugere a utilização de fungos, bactérias e vírus para aumentar a produtividade.

Os miscrorganismos trabalham simbiotivamente com plantas, como é o caso das micorrizas, em 90% das plantas. Essa associação permite, por parte das plantas, uma maior absorção de água e sais minerais em troca de hidratos de carbono.

Mary E. Lucero transferiu fungos de ervas-do-sal (Artiplex canescens) para a relva Bouteloua. Esta planta importante para o gado cresceu mais e produziu mais sementes, resultado de uma maior taxa de absorção. Os microrganismos ajudam a absorver mais azoto do meio, o que permite uma menos utilização de fertilizantes. Além disso torna-se menos dispendioso, mais fácil e seguro do que recorrer a organismos geneticamente modificados (OGM).

Rusty Rodriguez inoculou tomateiros com fungos das fontes de águas quentes do Parque Nacional de Yellowstone. Com a capacidade destes fungos suportarem temperaturas altas, os tomateiros conseguiram sobreviver a temperaturas de 65ºC.

“Microrganismos de áreas quentes podem melhorar a produção de arroz, que cai 10% a cada 0,6ºC de aquecimento”

In Scientific American Junho 2010, Michael Tennesen

Read more

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

Read more

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

Read more

E, no Sexto Dia, Criou Craig Venter a Vida

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.

Começou a Era da Biologia Sintética.

Read more

Criado Complexo de Golgi Sintético

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

Read more

A Origem da Vida na Terra IV - A Formação da Vida

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

Read more

A Origem da Vida na Terra III - Estabilidade e Replicação

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

 

Read more

A Origem da Vida na Terra I - A Origem do RNA

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

Read more

Rápidas: Descoberto o 3º Homem (o de Denisova)

O blog De Rerum Natura trás um post sobre a descoberta do 3º Homem. Vou transcrever a primeira parte do artigo:

"A revista Nature púbica esta semana um artigo de 4 páginas que vem revolucionar completamente a nossa história recente. É uma história dos nossos dias como espécie, não dos nossos dias de pessoas com uma vida evolutivamente muito curta, o que é válido para qualquer espécie.

A equipa de Svante Paabo, do Max Plank Institute de Leipzig, publicou os resultados da análise do DNA mitocondrial de um Homo sapiens que viveu no sul da Sibéria há cerca de 30-50 mil anos. O DNA foi extraído da falangeta do quinto dedo da mão. Graças à sua preservação no gelo, foi possível extrair uma quantidade suficiente de DNA em muito bom estado, o que é extremamente raro.

A análise desse DNA mitocondrial, por comparação com o nosso, o de Neandertais, que entretanto se conseguiu obter, e o de chimpanzés, produziu resultados absolutamente inesperados.

O que há de absolutamente especial no homem de Denisova?
Não é facto – real - de não pertencer à nossa sub-espécie, isto é, não é um Homo sapiens sapiens, ou seja um homem moderno actual. É que este homem de Denisova também não é um Neandertal. Trata-se de um terceiro Homem!

A distância genética (medida em termos de número médio de nucleótidos diferentes, isto é, de letras trocadas no DNA) entre nós e os Neandertais é de 202 posições nucleotídicas. A distância entre nós e o Homem de Denisova é de 385 posições. Por comparação, a nossa distância em relação aos chimpanzés é de 1462 posições. Isto que dizer que o Homem de Denisova é mais diferente de nós que o Homem de Neanderthal. Assumindo que o tempo de divergência entre nós e os chimpanzés é de 6 milhões de anos, isso significa que os nosso antepassados e os do Homem de Denisova se terão separado há cerca de 1 milhão de anos (muito antes da separação humanos-neandertais: 500 mil anos)."

 

Podem ler mais aqui, aqui, aqui e aqui

Read more

A Conspiração Contra o Bem

Nos últimos meses todos nós temos sido assaltados através do nosso mail. Pior, querem matar as pessoas fazendo acreditar que uma cura não o é. Pois é, têm havido vários hoaxes a circular nas nossas caixas de correio virtual a convidar-nos a não tomarmos a vacina para a gripe e a proclamar que o vírus foi criado para nos matar, que a vacina mata, etc…

Um hoax é uma mensagem que desinforma. É muito apelativo pois contém caracteres grandes, outros em maiúsculas, outros sublinhados, frases extravagantes e coloridas. Há muita gente que não está apta para visualizar os erros contidos num hoax. As datas erradas, nomes fictícios, contactos fictícios, pequenos pormenores de incoerência e contradições, etc.

Esses hoaxes descrevem o esqualeno (componente da vacina da gripe) como letal, o thimerosal (outro componente) também é mortal. Sem falar de que o vírus se pode infiltrar no nosso genoma e uma série de barbaridades que, para quem não percebe do assunto (e há muita gente), apanha as pessoas e as consegue influenciar. Qual é a solução quando apanhamos uma hoax (mail cheio de cor e letras garrafais)? É ir ao Google e procurar pelo assunto em sites científicos. Muitos sites científicos e mais sérios informam de forma simples (para leigos na matéria) que esse mail é falso e porquê. Pesquisar 5 minutos não custa. Depois é só substituir o que vem no mail pela explicação séria, coerente e correcta e passar. Assim toda a gente vai perceber o que é a realidade.

O Esqualeno é um adjuvante usado em algumas vacinas da gripe, nomeadamente da Novartis e da GSK. Contudo é usado desde 1997 e já foram administradas cerca e 45 milhões de doses com este componente. Se fosse letal como referem os hoaxes haveriam centenas de milhares ou até milhões de mortes. Este composto é encontrado em plantas, em óleo de peixe, em cosméticos, em suplementos nutricionais e até em humanos. O nosso fígado produz esqualeno que passa a circular no sangue. E agora? Estamos todos mortos? Parece-me que não.

Os EUA não usaram esqualeno como adjuvante nas suas vacinas para esta última estirpe de gripe (A/H1N1/2009) enquanto a Europa usou. Segundo a CDC “The absence of significant vaccine-related adverse events following this number of doses suggests that squalene in vaccines has no significant risk.”. Isto com 22 milhões de doses administradas.

Outra desinformação é que o esqualeno provoca doenças auto-imunes. Um estudo com esqualeno MF59 induziu, de facto, sintomas idênticos a lúpus em camudongos. Mas altas quantidades do mesmo produto não provocaram o mesmo efeito em humanos. Mito desfeito!

Agora o thimerosal. É usado para evitar a contaminação da solução das vacinas por bactérias. O problema neste componente é o mercúrio que os hoaxes dizem ser letal. Contudo não há evidência de que a quantidade seja tóxica. Mais, o cação tem mais mercúrio do que a vacina.

Mais sobre os mitos horrendos que andam a ser disseminados pela Web:

Scienceblogs - SPAM pela Vacinação

Scienceblogs - O Esqualeno nas vacinas da gripe é tóxico?

Gene Repórter - Mala Influenza 16

Scienceblogs - Tome Vacina

Scienceblogs - Emoções e a Vacina da Gripe A H1N1

Scienceblogs - Vacinação contra a gripe H1N1. Como, quem e porquê

Scienceblogs - A Grande Vacina Matadora dos Céus

Scienceblogs - Esclarecimentos sobre a vacina para a gripe A H1N1

Scienceblogs - Vacine-se e Convença os outros a Fazerem o Mesmo 

Read more

Gripe: As Variações Antigénicas

O vírus da gripe, antes de sair da célula hospedeira tem de juntar os seus 7 ou 8 segmentos para completar o virião. Contudo, como são milhares de viriões a sair acontece que muitos terão menos de 7 segmentos ou terão segmentos repetidos o que inviabiliza os vírus, que deixarão de infectar pois não têm os segmentos necessários a todo o processo de infecção.

Estes vírus não têm nenhum mecanismo de correcção de erros de transcrição. Desta forma haverá muitos erros de transcrição ou que resulta em proteínas erradas e num virião inviável. As mutações são bastante frequentes, e são o motivo pelo qual precisamos de nos vacinar todos os anos.

As mutações pontuais de H1N1, por exemplo, fazem com que o vírus tenha sucesso contra o nosso sistema imunitário, sistema esse que já protegia contra o H1N1 de uns meses antes. A causa disso é a deriva antigénica, que promove a aquisição de variabilidade genética. É um processo lento e provoca surtos epidémicos.

E se dois vírus da gripe diferentes infectarem a mesma célula, o que vai sair? A resposta é que irá haver, a altura da montagem e saída, uma mistura dos segmentos das duas estirpes. Haverá, então, recombinação antigénica. Neste mecanismo as alterações são enormes.

Podemos reparar que, quando surgiu uma estirpe nova houve um surto pandémico. Em 1918, H1N1; em 1957, H2N2; em 1968, H3N2. Isto deve-se ao facto de haver mistura e troca de segmentos de mais de uma estirpe de gripe. Este mecanismo é altamente pandémico.

Read more