Robôs fazem ciência: Desvendando as proteínas

Com informações da Agência Fapesp

A cristalografia foi a técnica que permitiu que os cientistas desvendassem o funcionamento do menor motor biológico conhecido.[Imagem: Charles Sindelar, Brandeis University]

O Brasil tem todas as condições para contribuir com os avanços tecnológicos no campo da automação.

Esses avanços estão revolucionando as pesquisas para a descoberta de novos fármacos a partir da síntese de novas moléculas, de acordo com Otávio Thiemann, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da Universidade de São Paulo (USP).

Thiemann participou nesta quinta-feira, em São Paulo, do Simpósio sobre Biologia Sintética e Robótica, que teve o objetivo de divulgar a nova área multidisciplinar que envolve a automação e a sintetização de biocompostos.

O evento, organizado pela FAPESP e pelo Consulado Britânico em São Paulo, integra a Parceria Brasil-Reino Unido em Ciência e Inovação.

Cristalografia de proteínas

Durante o evento, o pesquisador fez uma avaliação dos avanços e perspectivas das aplicações da robótica à cristalografia de proteínas - uma técnica que permite "enxergar" as moléculas de proteína em nível atômico.

As estruturas das moléculas, entretanto, não podem ser propriamente vistas, porque sua escala é menor do que o comprimento de onda da luz visível.

Por conta disso, os cientistas utilizam raios X de alta energia, produzidos por linhas de luz síncrotron, que permitem distinguir distâncias atômicas da ordem de poucos ângstrons.

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Thiemann utiliza a técnica para elucidar a estrutura molecular e a função de proteínas-alvo na fisiologia de parasitas como as Leishmanias e osTrypanosomas, avaliando o potencial dessas moléculas para o desenvolvimento de novas drogas.

"Várias etapas do processo de cristalografia de proteínas já foram automatizados, mas ainda há gargalos em algumas delas. As tecnologias de automação, no entanto, estão avançando muito rapidamente e deverão tornar o ciclo inteiro muito mais ágil", disse Thiemann.

Conforme avança a robotização de determinadas fases do processo, segundo o pesquisador, a ciência avança na direção de cristalizar um grande número de proteínas simultaneamente, em vez de estudar a estrutura de cada uma delas separadamente. "Isso vai encurtar enormemente o caminho para a descoberta e melhoria de drogas", explicou.

Ciência robotizada

De acordo com o cientista, o processo para se chegar a cristalizar as moléculas - desvendando sua estrutura, sua dinâmica e sua atividade - não é trivial. Suas diversas etapas, porém, podem ser diferenciadas em dois universos diferentes: o da produção da proteína e o da cristalização propriamente dita.

"Na produção da proteína, embora a automação ainda não esteja tão bem estabelecida, já há vários robôs que podem ajudar em várias etapas do processo. Mas é ao fim da parte da cristalização que temos alguns gargalos fundamentais, cuja superação deverá revolucionar todo o processo", afirmou.

A automação da montagem da proteína no difratômetro - o equipamento utilizado para a análise da estrutura da molécula - é crucial para mudar a escala do processo, segundo o cientista.

"Temos que montar a gota de cristalização, selecionar o cristal, difratar os dados e resolver a estrutura. Uma vez que temos o cristal, o principal gargalo que temos consiste em colocá-lo dentro do difratômetro", explicou.

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Uma vez que isso é feito, o robô se encarrega do resto, alinhando o cristal corretamente diante do feixe de raio X. "No meu entender, esse é o ponto que ainda está suscetível a enormes avanços de inovação. Se o robô puder 'pescar' o cristal para introduzi-lo no difratômetro, todo o processo ganhará outra escala", disse Thiemann.

Uma das alternativas utilizadas atualmente consiste em diminuir as chances para que o cristal cresça livremente dentro da gota de cristalização, imobilizando-o dentro de um capilar.

"Mas são ainda iniciativas que estão em estágio inicial. Quando o cristal cresce, geralmente a intervenção humana se faz necessária. É preciso ter discernimento para saber se o cristal é bom ou não, se inclui outros precipitados, ou se possui outras características em seu entorno que precisam ser retiradas", destacou.

Cristalização automatizada

Como essa parte do processo ainda exige a intervenção humana, o processo sofre interrupções contínuas. A automação aumentaria a velocidade, dispensaria diversos cuidados específicos e permitiria um trabalho de 24 horas por dia.

"Se quisermos, por exemplo, cocristalizar uma enzima com 500 ou mil compostos possíveis, para avaliar as características da molécula e, a partir daí, melhorar sua ação, teremos que criar condições de cristalização para todas essas cocristalizações", apontou Thiemann.

"Nesse processo, é preciso encontrar um composto, voltar atrás, cocristalizar o composto, aprender, voltar atrás mais uma vez, sintetizar o novo composto e assim por diante. Esse ciclo poderá se tornar muito mais ágil com a automação", disse.

Com mais agilidade, seria possível cristalizar as moléculas simultaneamente em larga escala. "Cristalizar a proteína é diferente de cocristalizar a proteína com um inibidor dentro dela. As condições podem ser bastante diferentes dependendo do composto e o número de combinações possíveis é enorme. Geralmente, conseguimos cocristalizar uma proteína com um ou dois inibidores - o que já dá muito trabalho aos alunos. Com o robô, poderíamos fazer isso em massa", disse.

Robótica e inteligência artificial

Para o professor da USP, a tecnologia da robótica está avançando em um ritmo muito forte, assim como a informática, que permite a análise e a distinção de padrões de imagem.

"Além disso, a inteligência artificial faz com que os programas aprendam com o que acabaram de fazer, realimentando o software para que ele consiga executar a próxima rodada com maior taxa de acerto", disse.

Segundo ele, há perspectivas de desenvolvimento desse tipo de tecnologia em vários centros no Brasil.

"Há alguns cursos de graduação - como mecatrônica e robótica - formando pessoal nessa área. Mas se trata de um segmento essencialmente multidisciplinar. Não precisamos só de alguém que saiba montar um robô, mas alguém que saiba fazê-lo com essa finalidade específica. Precisamos de pessoal com várias formações diferentes e certamente é possível desenvolver isso no Brasil", afirmou.