What Is CRISPR?

By Aparna Vidyasagar, Live Science Contributor | April 20, 2018 09:44pm ET

A tecnologia CRISPR é uma ferramenta simples, mas poderosa, para edição de genomas. Ele permite que os pesquisadores alterem facilmente sequências de DNA e modifiquem a função do gene. Suas diversas aplicações potenciais incluem correção de defeitos genéticos, tratamento e prevenção da disseminação de doenças e melhoria das culturas. No entanto, sua promessa também levanta preocupações éticas.

No uso popular, "CRISPR" (pronuncia-se "crisper") é abreviação de "CRISPR-Cas9". CRISPRs são trechos especializados de DNA. A proteína Cas9 (ou "associada a CRISPR") é uma enzima que age como um par de tesouras moleculares, capazes de cortar fitas de DNA.

A tecnologia CRISPR foi adaptada a partir dos mecanismos naturais de defesa de bactérias e archaea (o domínio dos microrganismos unicelulares).

Esses organismos usam RNA derivado de CRISPR e várias proteínas Cas, incluindo Cas9, para impedir ataques de vírus e outros corpos estranhos. Eles o fazem basicamente cortando e destruindo o DNA de um invasor estrangeiro. Quando esses componentes são transferidos para outros organismos mais complexos, ele permite a manipulação de genes, ou "edição".

Até 2017, ninguém sabia realmente como era esse processo. Em um artigo publicado 10 de novembro de 2017, na revista Nature Communications, uma equipe de pesquisadores liderados por Mikihiro Shibata, da Universidade de Kanazawa e Hiroshi Nishimasu da Universidade de Tóquio mostrou o que parece que quando um CRISPR está em ação pela primeira Tempo. [A Breathtaking New GIF Shows CRISPR Chewing Up DNA]

CRISPR-Cas9: Os principais jogadores

CRISPRs: "CRISPR" significa "grupos de repetições palíndrromes curtas com intervalos regulares". É uma região especializada do DNA com duas características distintas: a presença de repetições de nucleotídeos e espaçadores. Seqüências repetidas de nucleotídeos - os blocos de construção do DNA - são distribuídas por toda a região CRISPR. Espaçadores são pedaços de DNA que são intercalados entre essas seqüências repetidas.
No caso de bactérias, os espaçadores são retirados de vírus que atacaram o organismo anteriormente. Eles servem como um banco de memórias, o que permite que as bactérias reconheçam os vírus e combatam futuros ataques.

Isso foi demonstrado pela primeira vez experimentalmente por Rodolphe Barrangou e uma equipe de pesquisadores da Danisco, uma empresa de ingredientes alimentícios. Em um artigo de 2007 publicado na revista Science, os pesquisadores usaram as bactérias Streptococcus thermophilus, que são comumente encontradas em iogurtes e outras culturas lácteas, como modelo. Eles observaram que após um ataque de vírus, novos espaçadores foram incorporados na região CRISPR. Além disso, a sequência de DNA desses espaçadores era idêntica a partes do genoma do vírus. Eles também manipularam os espaçadores retirando-os ou colocando novas seqüências de DNA viral. Desta forma, eles foram capazes de alterar a resistência das bactérias a um ataque por um vírus específico. Assim, os pesquisadores confirmaram que os CRISPRs desempenham um papel na regulação da imunidade bacteriana.

CRISPR RNA (crRNA): Uma vez que um espaçador é incorporado e o vírus ataca novamente, uma parte do CRISPR é transcrita e processada em RNA CRISPR, ou "crRNA". A sequência nucleotídica do CRISPR actua como molde para produzir uma sequência complementar de ARN de cadeia simples. Cada crRNA consiste em uma repetição de nucleotídeos e uma porção espaçadora, de acordo com uma revisão de 2014 por Jennifer Doudna e Emmanuelle Charpentier, publicada na revista Science.

Cas9: A proteína Cas9 é uma enzima que corta DNA estranho. 


A proteína tipicamente se liga a duas moléculas de RNA: o crRNA e outro chamado tracrRNA (ou "crRNA trans-ativador"). Os dois então guiam Cas9 para o local de destino onde ele fará o seu corte. Essa extensão de DNA é complementar a um trecho de 20 nucleotídeos do crRNA. Usando duas regiões separadas, ou "domínios" em sua estrutura, Cas9 corta ambos os filamentos da dupla hélice do DNA, fazendo o que é conhecido como "quebra dupla", de acordo com o artigo de 2014 da Science.

 

Existe um mecanismo de segurança embutido, que garante que o Cas9 não seja cortado em nenhum lugar do genoma. Sequências curtas de ADN conhecidas como PAM ("motivos adjacentes de proto-espaciais") servem como marcadores e são adjacentes à sequência de ADN alvo. Se o complexo Cas9 não vir um PAM próximo a sua sequência de DNA alvo, ele não será cortado. Esta é uma das razões possíveis pela qual o Cas9 nunca ataca a região CRISPR em bactérias, de acordo com uma revisão de 2014 publicada na Nature Biotechnology.

CRISPR-Cas9 como uma ferramenta de edição de genoma

Os genomas de vários organismos codificam uma série de mensagens e instruções dentro de suas seqüências de DNA. A edição do genoma envolve a alteração dessas sequências, alterando assim as mensagens. Isso pode ser feito inserindo um corte ou quebra no DNA e enganando os mecanismos naturais de reparo de DNA de uma célula para introduzir as mudanças que se deseja. O CRISPR-Cas9 fornece um meio para isso.

Em 2012, dois trabalhos de pesquisa foram publicados nos periódicos Science e PNAS, que ajudaram a transformar o CRISPR-Cas9 bacteriano em uma ferramenta simples e programável de edição do genoma. 

Os estudos, conduzidos por grupos separados, concluíram que Cas9 poderia ser direcionado para cortar qualquer região do DNA. Isso poderia ser feito simplesmente mudando a seqüência de nucleotídeos do crRNA, que se liga a um alvo de DNA complementar. No artigo de 2012 da Science, Martin Jinek e colegas simplificaram ainda mais o sistema ao fundir crRNA e tracrRNA para criar um único "RNA guia". Assim, a edição do genoma requer apenas dois componentes: um RNA guia e a proteína Cas9.

"Operacionalmente, você projeta um trecho de 20 pares de bases [nucleotídicas] que combinam com um gene que você deseja editar", disse George Church, professor de genética na Harvard Medical School. Uma molécula de RNA complementar aos 20 pares de bases é construída. Church enfatizou a importância de garantir que a seqüência de nucleotídeos seja encontrada apenas no gene alvo e em nenhum outro lugar do genoma. "Então o RNA mais a proteína [Cas9] cortará - como um par de tesouras - o DNA naquele local, e idealmente em nenhum outro lugar", explicou ele.

Once the DNA is cut, the cell's natural repair mechanisms kick in and work to introduce mutations or other changes to the genome. There are two ways this can happen. According to the Huntington's Outreach Project at Stanford (University), one repair method involves gluing the two cuts back together. This method, known as "non-homologous end joining," tends to introduce errors. Nucleotides are accidentally inserted or deleted, resulting in mutations, which could disrupt a gene. In the second method, the break is fixed by filling in the gap with a sequence of nucleotides. In order to do so, the cell uses a short strand of DNA as a template. Scientists can supply the DNA template of their choosing, thereby writing-in any gene they want, or correcting a mutation. 

Utility and limitations

CRISPR-Cas9 has become popular in recent years. Church notes that the technology is easy to use and is about four times more efficient than the previous best genome-editing tool (called TALENS).

In 2013, the first reports of using CRISPR-Cas9 to edit human cells in an experimental setting were published by researchers from the laboratories of Church and Feng Zhang of the Broad Institute of the Massachusetts Institute of Technology and Harvard. Studies using in vitro (laboratory) and animal models of human disease have demonstrated that the technology can be effective in correcting genetic defects. Examples of such diseases include cystic fibrosis, cataracts and Fanconi anemia, according to a 2016 review article published in the journal Nature Biotechnology. These studies pave the way for therapeutic applications in humans.

"I think the public perception of CRISPR is very focused on the idea of using gene editing clinically to cure disease," said Neville Sanjana of the New York Genome Center and an assistant professor of biology, neuroscience and physiology at New York University. "This is no doubt an exciting possibility, but this is only one small piece."

CRISPR technology has also been applied in the food and agricultural industries to engineer probiotic cultures and to vaccinate industrial cultures (for yogurt, for example) against viruses. It is also being used in crops to improve yield, drought tolerance and nutritional properties.

One other potential application is to create gene drives. These are genetic systems, which increase the chances of a particular trait passing on from parent to offspring. Eventually, over the course of generations, the trait spreads through entire populations, according to the Wyss Institute. Gene drives can aid in controlling the spread of diseases such as malaria by enhancing sterility among the disease vector — female Anopheles gambiae mosquitoes — according to the 2016 Nature Biotechnology article. In addition, gene drives could also be used to eradicate invasive species and reverse pesticide and herbicide resistance, according to a 2014 article by Kenneth Oye and colleagues, published in the journal Science. 

However, CRISPR-Cas9 is not without its drawbacks.

"I think the biggest limitation of CRISPR is it is not a hundred percent efficient," Church told Live Science. Moreover, the genome-editing efficiencies can vary. According to the 2014 Science article by Doudna and Charpentier, in a study conducted in rice, gene editing occurred in nearly 50 percent of the cells that received the Cas9-RNA complex. Whereas, other analyses have shown that depending on the target, editing efficiencies can reach as high as 80 percent or more. 

There is also the phenomenon of "off-target effects," where DNA is cut at sites other than the intended target. This can lead to the introduction of unintended mutations. Furthermore, Church noted that even when the system cuts on target, there is a chance of not getting a precise edit. He called this "genome vandalism."

Definindo limites

As muitas aplicações potenciais da tecnologia CRISPR levantam questões sobre os méritos e consequências éticos de adulteração de genomas. No artigo de 2014 da Science, Oye e colegas apontam para o potencial impacto ecológico do uso de drives genéticos. Um traço introduzido poderia se espalhar além da população-alvo para outros organismos através do cruzamento. Os drives genéticos também podem reduzir a diversidade genética da população-alvo. Fazer modificações genéticas em embriões humanos e células reprodutivas, como espermatozoides e óvulos, é conhecido como edição germinal. Como as alterações nessas células podem ser passadas para as gerações subsequentes, o uso da tecnologia CRISPR para fazer edições germinativas gerou uma série de preocupações éticas.

Variable efficacy, off-target effects and imprecise edits all pose safety risks. In addition, there is much that is still unknown to the scientific community. In a 2015 article published in Science, David Baltimore and a group of scientists, ethicists and legal experts note that germline editing raises the possibility of unintended consequences for future generations "because there are limits to our knowledge of human genetics, gene-environment interactions, and the pathways of disease (including the interplay between one disease and other conditions or diseases in the same patient)."

Other ethical concerns are more nuanced. Should we make changes that could fundamentally affect future generations without having their consent? What if the use of germline editing veers from being a therapeutic tool to an enhancement tool for various human characteristics? 

To address these concerns, the National Academies of Sciences, Engineering and Medicine put together a comprehensive report with guidelines and recommendations for genome editing. 

Although the National Academies urge caution in pursuing germline editing, they emphasize "caution does not mean prohibition." They recommend that germline editing be done only on genes that lead to serious diseases and only when there are no other reasonable treatment alternatives. Among other criteria, they stress the need to have data on the health risks and benefits and the need for continuous oversight during clinical trials. They also recommend following up on families for multiple generations. 

Recent research

Tem havido muitos projetos de pesquisa recentes baseados em CRISPR. "O ritmo das descobertas de pesquisa básica explodiu, graças ao CRISPR", disse o especialista em bioquímica e CRISPR Sam Sternberg, líder do grupo de desenvolvimento de tecnologia da Caribou Biosciences Inc., que está desenvolvendo soluções baseadas em CRISPR para medicina, agricultura e pesquisa biológica. Aqui estão algumas das descobertas mais recentes:

• In April 2017, a team of researchers released research in the journal Science that they had programmed a CRISPR molecule to find strains of viruses, such as Zika, in blood serum, urine and saliva.
• On Aug. 2, 2017, scientists revealed in the journal Nature that they had removed a heart disease defect in an embryo successfully using CRISPR. 
• On Jan. 2, 2018, researchers announced that they may be able to stop fungi and other problems that threaten chocolate production using CRISPR to make the plants more resistant to disease.
• On April 16, 2018, researchers upgraded CRISPR to edit thousands of genes at once, according to research published by the journal BioNews.

Additional reporting by Alina Bradford, Live Science contributor.
Additional resources

• Broad Institute: A timeline of pivotal work on CRISPR
• Genetic Engineering & Biotechnology News: CRISPR-Cas9 Improved 10000-Fold by Synthetic Nucleotides
• Broad Institute: Questions and Answers about CRISPR

Cientistas fazem balanço de pesquisas sobre a Amazônia

06 de dezembro de 2016

Karina Toledo | Agência FAPESP – Resultados de 20 projetos de pesquisa dedicados a investigar a dinâmica da floresta amazônica e a entender como ela pode ser afetada por atividades humanas ou mudança climática foram apresentados entre os dias 28 e 30 de novembro em reunião realizada no Auditório da Ciência do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa), em Manaus (AM).

Em reunião realizada em Manaus, pesquisadores vinculados ao GoAmazon e ao LBA apresentaram resultados dos projetos conduzidos nos últimos anos e debateram prioridades para o período entre 2017 e 2021 (Foto:Neil Palmer (CIAT)/Wikimedia Commons)

Seis projetos integram a campanha científica Green Ocean Amazon Experiment (GoAmazon), que conta com apoio da FAPESP, do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DoE, na sigla em inglês), da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (Fapeam), entre outros parceiros. Os outros 14 projetos estão vinculados a um edital lançado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) há três anos no âmbito do Programa de Grande Escala Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), mantido pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) e coordenado pelo Inpa.

“Esses projetos estão em fase de conclusão e organizamos o encontro para conhecer seus resultados, identificar lacunas na pesquisa sobre a Amazônia, fomentar a colaboração entre os pesquisadores e, desta forma, poder planejar a agenda científica do LBA para os anos de 2017 a 2021”, contou Niro Higuchi, gerente científico do programa.

Entre as prioridades futuras, afirmou Higuchi, estarão estudos que tratam do ciclo do carbono, em especial, do metano, e da água na Amazônia. “Precisamos entender melhor os processos que ocorrem abaixo do nível do solo e isso inclui tanto essas questões físicas e químicas como também parte biológica do sistema”, comentou.

Dos resultados apresentados no evento, Higuchi destacou os avanços alcançados na área de química da atmosfera.

“Antes desses projetos não se tinha uma ideia clara de como a poluição gerada por uma cidade como Manaus – que tem 2 milhões de habitantes e é cercada por imensas áreas de floresta – interage com as emissões naturais das plantas, como os compostos orgânicos voláteis (VOCs). Os trabalhos mostram que essa interação ocorre e traz consequências para o funcionamento do ecossistema. Isso abre uma série de novas questões a serem respondidas”, disse Higuchi.

Outro avanço importante, de acordo com o gerente científico do LBA, foi na área de fisiologia. “Alguns estudos permitem avaliar como funciona o metabolismo das plantas em diferentes condições, sejam áreas de floresta primária ou secundária, fragmentos isolados ou pastagem. Essas informações serão incluídas nos modelos para uma melhor parametrização. O nosso grande desafio é melhorar os modelos climáticos e diminuir o grau de incerteza”, contou.

Áreas alagáveis

Segundo dados apresentados por Bruce Forsberg, pesquisador do Inpa e coordenador de um dos projetos selecionados no edital do CNPq, as áreas alagáveis da Amazônia são grandes fontes de gases de efeito estufa, especialmente gás carbônico e metano. Em seu projeto, foram medidas variáveis relacionadas à dinâmica de gases dentro do Lago de Janauacá (a 110 quilômetros de Manaus). O grupo está agora modelando os dados para associá-los aos cenários de mudança climática e de uso da terra.

Segundo Forsberg, já foi modelada, por exemplo, a influência da mudança climática sobre a vazão dos rios na Amazônia e nas áreas alagáveis. Resultados preliminares indicam, por exemplo, que na parte leste da Amazônia, onde há planos de construção de hidrelétricas, a vazão será menor tanto no período de cheia quanto no de seca, o que poderá inviabilizar as obras.

Jochen Schogart, também do Inpa, mostrou resultados de uma pesquisa que avaliou os distúrbios causados pela implementação da Usina Hidrelétrica de Balbina sobre a floresta de águas pretas (igapós). Segundo ele, foram observadas alterações na estrutura e na composição florística das florestas alagáveis.

Também presente na reunião, Paulo Artaxo, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP), pesquisador do LBA e um dos idealizadores do GoAmazon, destacou os estudos voltados a avaliar o impacto das áreas alagadas no balanço de carbono da região amazônica.

“Um dos projetos do LBA identificou árvores com mais de mil anos de idade em áreas alagadas, como as existentes perto de Mamirauá [reserva a oeste de Manaus]. Esse resultado foi uma grande surpresa, pois imaginávamos que devido ao processo de decomposição acelerado da madeira em áreas alagadas seria inviável a existência de árvores tão antigas. Esse conhecimento altera a forma como calculamos a mortalidade das árvores na Amazônia e como calculamos o balanço de carbono na região”, afirmou Artaxo.

O professor da USP também destacou os estudos feitos após as intensas secas ocorridas em 2005 e em 2010, que alteraram fortemente o ciclo do carbono. “Precisamos de novos estudos para entender melhor o impacto de eventos climáticos extremos no ciclo de carbono. Temos de processar esses dados, analisar com cuidado, até que possamos ter uma visão mais clara de como vai ser a Amazônia em um cenário em que eventos climáticos extremos serão frequentes”, avaliou.

Outra prioridade, na opinião de Artaxo, são novos estudos voltados a entender como ocorrem as interações entre aerossóis – tanto os naturais como oriundos de atividade humana – e como isso influencia o desenvolvimento de nuvens e o ciclo hidrológico da Amazônia.

“A fase de trabalho de campo do GoAmazon termina agora em dezembro, mas ainda ficaremos um bom tempo analisando os dados coletados. Já saíram cerca de 40 artigos vinculados à campanha e há pelo menos outros 50 em fase de elaboração”, adiantou.

Segundo Artaxo, ainda há uma série de questões importantes relativas à Amazônia a serem investigadas, porém há grande incerteza em relação ao fomento à pesquisa nos próximos anos.

Já Higushi afirmou que os recursos para a continuação do LBA serão preservados. O orçamento que gira em torno de R$ 3 milhões por ano deverá ser repetido em 2017.

“A pesquisa na Amazônia não pode parar. Vamos priorizar as coletas de rotina, mas as campanhas pontuais devem ocorrer com menos frequência”, disse.

As apresentações da reunião científica realizada em Manaus estão disponíveis em http://lba2.inpa.gov.br/index.php/eventos-lista/LBA-Eventos/Eventos-2016/simposio-lba-edital-cnpq-goamazon/

Disco de vidro pode armazenar 360TB de dados por 13 bilhões de anos

Criado: 12 Março 2016

Estima-se que os seres humanos estejam produzindo diariamente dados equivalentes a 10 milhões de discos Blu-ray e muitos desses dados precisam ser armazenados em algum lugar.
Agora, pesquisadores no Reino Unido podem ter encontrado a solução: um disco digital de dados de cinco dimensões (5D) que pode armazenar 360 terabytes de dados por, pelo menos, cerca de 13,8 bilhões de anos.

Para criar o disco de dados, os pesquisadores da Universidade de Southampton utilizaram um processo chamado de “exposição a lasers de femtosegundos” que cria pequenos discos de vidro usando um laser ultrarrápido gerador de pulsos curtos e intensos de luz. Estes pulsos podem gravar dados em três camadas de pontos nanoestruturados separados por 5 micrômetros (o equivalente a 0,005mm).
As 5 dimensões são representadas, em primeiro lugar, pela posição tridimensional de cada ponto dentro das camadas e em seguida, pelas dimensões adicionais que caracterizam o tamanho e a orientação do ponto. As nanoestruturas criadas pela tecnologia podem ser lidas utilizando um microscópio óptico em conjunto com um polarizador (um filtro desenvolvido para bloquear polarizações específicas de luz).
A equipe por trás dos novos discos 5D diz que eles poderiam ser muito úteis para instituições que lidam com grandes arquivos, como bibliotecas, museus e qualquer outro lugar com extensos registros.“É emocionante pensar que criamos a tecnologia para preservar documentos e informações e armazená-los no espaço para as gerações futuras. Esta tecnologia pode garantir a última prova da nossa civilização: tudo o que aprendemos não será esquecido”, disse um dos pesquisadores, Peter Kazansky.

Os pesquisadores estão apresentando seu trabalho na International Society for Optical Engineering Conference, em São Francisco, EUA, nesta semana. Depois disso, pretendem se encontrar com especialistas da indústria para a criação de uma parceria com intuito de melhor desenvolver a tecnologia, fazendo-a alcançar um estágio que poderia ser utilizado em produtos comerciais.

O suporte de armazenamento foi apelidado de “cristal de memória de Superman”, em alusão aos cristais de memória dos filmes do Superman. De fato, a criação parece de outro mundo! Ela não apenas pode armazenar quantidades absurdas de dados, como também pode suportar temperaturas de até 1.000 °C.
A tecnologia já havia sido demonstrada pela primeira vez em 2013, mas agora tornou-se capaz de armazenar muito mais dados. A equipe já salvou cópias da Declaração Universal dos Direitos Humanos (DUDH), o livro “Óptica” de Isaac Newton, A Magna Carta e A Bíblia do Rei Jaime (Anglicana), nos minúsculos e revolucionários discos.

 Science Alert - 18/02/2016  Foto: Reprodução / Jamie Condliffe

Pesquisadores criam método que permite detectar Zika em sangue de transfusão

05 de fevereiro de 2016

Karina Toledo | Agência FAPESP – Um método para detectar a presença do vírus Zika no sangue usado em transfusões foi desenvolvido no âmbito de um projeto apoiado pela FAPESP e coordenado por José Eduardo Levi, chefe do Departamento de Biologia Molecular da Fundação Pró-Sangue/Hemocentro de São Paulo – instituição ligada à Secretaria de Estado da Saúde e à Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP).

De acordo com o pesquisador, inicialmente, a metodologia seria indicada apenas para a triagem de bolsas de sangue destinadas a gestantes ou a transfusões intrauterinas (nas quais o sangue é transfundido diretamente no feto). A iniciativa é medida de precaução, já que não existe confirmação de que a transmissão transfusional do vírus represente risco ao feto.

“No caso do Zika, a grande preocupação é com grávidas e fetos. Achamos que não seria boa ideia, nesses casos, usar sangue com risco de ter o vírus. Nossa proposta foi fazer um teste para ser usado em um pequeno número de bolsas de sangue – 0,16% do estoque do banco de sangue – destinado a esse público-alvo. Pretendemos começar a aplicar o teste no Hemocentro de São Paulo logo após o Carnaval”, afirmou.
Desde o início da epidemia de Zika no Brasil, em 2015, pelo menos dois casos de transmissão por meio de transfusão sanguínea foram confirmados no Hemocentro da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), interior de São Paulo.
Em relação à dengue, já é conhecida a possibilidade de ocorrer transmissão transfusional. Segundo Levi, estima-se que até 1% dos doadores de sangue – nos períodos de pico epidêmico – sejam positivos para o vírus da dengue no momento da doação, mas não é feita nenhum tipo de triagem laboratorial.
“Isso nunca foi considerado um problema, pois, na maioria das vezes, o receptor do sangue nem sequer chega a desenvolver a doença. No Brasil, nunca foi detectado um caso grave de dengue transfusional. Esse primeiro receptor contaminado com Zika em Campinas também não apresentou sintomas da doença, embora tenha sido confirmada a presença do vírus em seu sangue (o segundo paciente morreu em decorrência dos ferimentos por arma de fogo que levaram à necessidade de transfusão).

De maneira geral, ainda não há evidências de que o vírus Zika seja algo problemático do ponto de vista transfusional, com exceção das grávidas”, explicou o pesquisador. "Não temos evidência, por exemplo, de que o Zika adquirido pela via transfusional possa causar microcefalia, mas acreditamos que exista uma alta probabilidade de que isso ocorra."
Levi também é professor do Instituto de Medicina Tropical da USP e integra a chamada Rede Zika – grupo articulado de maneira emergencial no último mês de dezembro, sob a coordenação do professor Paolo Zanotto, do Instituto de Ciências Biomédicas da USP, para tratar de questões relacionadas à epidemia de Zika e aos crescentes casos de microcefalia associados.
“Já estava em andamento um projeto, apoiado pela FAPESP, dedicado à prevenção da transmissão transfusional da malária no Estado de São Paulo. Em dezembro, solicitamos um recurso adicional que foi usado no desenvolvimento do teste para detectar o vírus Zika”, contou Levi.
A metodologia alia um método de biologia molecular conhecido como PCR (reação em cadeia da polimerase) em tempo real a protocolos desenvolvidos no Centro de Controle de Doenças (CDC), dos Estados Unidos, para detecção do vírus Zika.

“O protocolo do CDC sugere alguns reagentes específicos, primers e sondas, já testados e aprovados para detecção do vírus Zika usando PCR em tempo real. Fizemos algumas adaptações nesse protocolo aqui no Hemocentro de São Paulo”, contou.
A validação do método foi feita com controles positivos (isolados do vírus cultivados em laboratório que servem para confirmar se o que está sendo detectado é de fato o vírus Zika) fornecidos por pesquisadores da Rede Zika.

“Depois validamos também no plasma do receptor contaminado por transfusão – gentilmente cedido pelo dr. Marcelo Addas, do Hemocentro da Unicamp. Como obtivemos sucesso, já distribuímos o método para a Rede Zika, para quem quiser usar”, contou Levi.

Diante da falta de evidências sobre a importância de triar todo o sangue doado para a presença do vírus Zika, avaliou Levi, não haveria possibilidade e/ou necessidade de incluir o teste na rotina de todos os bancos de sangue do país.
“Estamos observando atentamente a evolução dos casos e, se forem surgindo evidências de que isso é necessário, vamos batalhar para obter mais recursos. Por enquanto o que entendemos prudente é triar apenas essa pequena parcela”, avaliou.

Em busca da identidade perdida

Pesquisadores do Rio de Janeiro desenvolvem novo método digital de reconstrução do rosto de cadáveres a partir de seus crânios. O trabalho tem aplicações importantes nas investigações forenses. 

 

Por: Valentina Leite

Publicado em 28/09/2015 | Atualizado em 28/09/2015

À esquerda, o crânio digitalizado por meio de tomografia computadorizada. À direita, o rosto gerado a partir do método desenvolvido na UFRJ. (imagem: Ricardo Marroqum).

 

“Por baixo da pele, somos todos iguais”. Essa é uma frase conhecida que prega a igualdade entre todos os seres humanos – afinal, somos todos feitos de carne e osso. Mas o fato é que os ossos podem trazer informações fundamentais sobre quem somos, a ponto de identificar os indivíduos após a morte quando não há outras referências. Para garantir maior precisão a esse processo e diminuir a quantidade de ossadas sem dono, pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) desenvolveram um método de reconstrução de rostos a partir de crânios com o uso de um software.

Nessa técnica, o crânio – que não pode estar danificado – é escaneado tridimensionalmente por lasers e, em seguida, as informações são processadas pelo programa. Baseado em pontos geométricos do rosto determinados a partir de cálculos matemáticos, o software gera uma imagem aproximada de como seria o rosto da pessoa em vida.

O projeto teve início em 2012, quando a dentista Andreia Breda, funcionária do Instituto Médico Legal Afrânio Peixoto (IML), entrou em contato com o Laboratório de Computação Gráfica do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe) da UFRJ. Breda estudava a reconstrução facial a partir de ossadas no curso de doutorado em Odontologia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro e decidiu propor a digitalização do processo. “Essa nem era uma linha de pesquisa do nosso laboratório, não tínhamos conhecimento da área. Foi um trabalho multidisciplinar que deu muito certo”, conta Ricardo Marroquim, especialista em engenharia de sistemas e computação da Coppe, que participou da iniciativa.

Digitalização do rosto real correspondente ao crânio acima, para comparação. (imagem: Ricardo Marroqum)

Após um levantamento inicial de estudos já realizados sobre o tema, concluiu-se que a união entre conceitos de anatomia e ferramentas da computação poderia trazer bons resultados. No total, foram dois anos de pesquisa e desenvolvimento para a criação do programa, cuja fidelidade das reconstruções faciais foi testada com a participação de voluntários.

Menos arte, mais ciência

Até agora, a reconstrução facial era um trabalho não só científico, mas também artístico: desenhos feitos à mão e moldes de argila ocupavam o espaço que hoje os computadores dominam. A prática manual, mesmo com auxílio de computadores, tinha lá suas dificuldades. Encontrar profissionais com este perfil é um desafio e apostar na total precisão do trabalho, arriscado.

“Apesar de ser um trabalho meticuloso e admirável, o problema do procedimento manual é que profissionais diferentes podem acabar atribuindo características diversas aos rostos”, explica Marroquim. “Por exemplo, se cinco profissionais se baseiam num mesmo crânio, vão gerar cinco rostos diferentes”.
Com o processo automatizado, os resultados prometem ser mais confiáveis. Além disso, a inovação também agiliza o processo. “Enquanto o processo manual leva cerca de três dias, nosso software finaliza o trabalho em menos de uma hora”, justifica o pesquisador.

Quem é quem

A reconstrução possui aplicações que vão da arqueologia à pesquisa forense. Esta última busca, por exemplo, desvendar a identidade de indivíduos desconhecidos após sua morte, usando ossadas encontradas. “Há métodos eficazes para identificar um cadáver, como coletar amostras de seu DNA”, explica Marroquim. “Mas, na maioria dos casos, esses métodos se aplicam apenas quando sabemos quem é a pessoa. Para comparar o material genético é preciso conhecer os parentes da vítima”.

Processo de digitalização de um crânio. (foto: Ricardo Marroquim)

A falta de conhecimentos específicos sobre os donos das ossadas torna a reconstrução facial valiosa para a ciência forense. Mas há limitações. A principal delas é que detalhes como cabelos e cores dos olhos ficam fora do ‘retrato’ final. “Se não sabemos nada sobre a pessoa, não podemos atribuir uma cor ao cabelo ou algo parecido – somos fiéis ao que o programa vai identificar, que são só os traços do rosto”, explica Marroquim.

Valentina Leite
Especial para a Ciência Hoje On-line

O céu a um clique

Publicado em 01/07/2015

Tags: Divulgação científica, Astronomia, Tecnologias digitais, Tecnologia

Aplicativos de astronomia estimulam o conhecimento dos céus e ajudam a localizar corpos celestes no espaço.

Em dispositivos móveis, a Carta Celeste ajuda a identificar estrelas e constelações observadas pelo usuário. (imagem: Reprodução.

 

Pontilhado de centenas de milhares de astros e planetas dos mais diversos tamanhos e a diferentes distâncias de nós, o céu ainda é uma imensidão de mistérios para os especialistas – para os leigos, então, nem se fala! Alguns aplicativos, no entanto, estão trazendo essa imensidão para a palma da mão, e deixando as belezas e curiosidades celestes mais acessíveis aos portadores de smartphones e tablets.

Os apaixonados pela astronomia, claro, saem ganhando. Embora a maioria dos programas esteja disponível apenas em língua inglesa, em português há boas opções. Um exemplo é a Carta Celeste, disponível para aparelhos com sistema Android, que guarda a localização das estrelas e constelações conhecidas. Apontando a câmera do aparelho para o céu, o usuário descobre logo que astros está observando. É possível também explorar o céu noturno como visto de outros pontos da Terra.

Já o Google Sky Map (para Android e iOS) usa o GPS do aparelho para dar nome e fornecer informações sobre corpos celestes. Com uma ferramenta inovadora, ele também permite descobrir em que locais os objetos do espaço vão estar em momentos diferentes da noite – uma interessante experiência de realidade aumentada.

O ganho real de aplicativos como estes – e tantos outros já disponíveis – ainda é ponto de discussão entre especialistas.

Clima extraterrestre

Para quem tem curiosidade sobre nosso astro-rei, uma boa novidade é o Magnetic Storms (para iOS), que ajuda a monitorar as atividades solares. Desenvolvido pelo geofísico Eder Cassola Molina, da Universidade de São Paulo, o aplicativo atua na área conhecida como space weather (em tradução livre, meteorologia espacial), que estuda o clima fora do planeta.
“Ele serve para estudar a interação do Sol com a Terra, não no sentido clássico de transferência de calor, mas sim dos efeitos desta interação com o campo magnético terrestre”, explica o cientista. Alguns eventos ocorridos na superfície solar podem danificar satélites e usinas de retificação de energia elétrica em nosso planeta.

Quando o Sol nascer...

Desenvolvido no Observatório Nacional, a ferramenta Astro (disponível na página do observatório) promete conhecer, em qualquer ponto do planeta, o exato instante do nascer e do pôr do sol. Ela também determina as fases da lua para as coordenadas geográficas do observador, indicando possíveis eclipses.

Astro é a ferramenta criada pelo Observatório Nacional que permite ao usuário conhecer o momento exato do nascer e do pôr do sol, a posição dos astros e a possibilidade de eclipses. (imagem: Reprodução)

“Com visualização em 3D e linguagem simples e bem objetiva, Astro ajuda a compreender melhor diversos fenômenos astronômicos importantes”, garante Carlos Veriga, um de seus desenvolvedores.

A melhor forma de conhecer

O ganho real de aplicativos como estes – e tantos outros já disponíveis – ainda é ponto de discussão entre especialistas. Enquanto alguns apostam que as novas tecnologias favorecem o acesso ao conhecimento, outros ponderam que elas podem esvaziar o valor de livros e outros métodos tradicionais de estudo.
Para o físico Awdry Miquelin, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, os aplicativos aproximam os usuários de uma leitura inicial do céu. “Por exemplo, algumas ferramentas permitem que a pessoa identifique estrelas e planetas que estão visíveis de forma muito rápida e isso é enriquecedor”, destaca. Por outro lado, o cientista acredita que os aplicativos devem ser vistos apenas como porta de entrada para o conhecimento dos céus. “Para um melhor aproveitamento, é necessário consultar textos específicos da área e estudar mais a fundo o assunto”, ressalta.

Miquelin acredita que o uso dos aplicativos deve ser estimulado dentro de salas de aula de educação básica, onde os alunos podem explorar o conteúdo em conjunto com o professor. “Quando tratamos de astronomia, muitos conceitos são abstratos, tornando difícil a visualização”, afirma. “Esses programas apresentam uma abordagem convidativa aos alunos, oferecendo um modo de enxergar os céus que apenas o quadro-negro pode não dar conta”.

Valentina Leite
Instituto Ciência Hoje/ RJ

Em busca de novos diamantes

20/12/2011

Por Janaína Simões
Agência FAPESP – Melhor amigo das mulheres – como imortalizado na célebre canção de Marilyn Monroe em Os homens preferem as loiras –, os diamantes são formados em camadas profundas do planeta, em ambientes de alta pressão e temperatura elevada.
Mas para uso industrial os mais acessíveis diamantes artificiais são os escolhidos. Desenvolvidos a partir de pesquisas em laboratório, eles têm muitas aplicações, de ferramentas de corte a perfuração de rochas para extração de petróleo no pré-sal.

Pesquisadores de Projeto Temático investigam potenciais de aplicação e avançam no conhecimento básico sobre diamantes produzidos artificialmente (Inpe)

Investigar potenciais de aplicação e avançar no conhecimento básico sobre diamantes produzidos artificialmente – além de outro derivado de carbono, os nanotubos – são os objetivos principais do Projeto Temático “Novos materiais, estudos e aplicações inovadoras em diamante-CVD, diamond-like-carbon (DLC) e carbono nanoestruturado obtidos por deposição química a partir da fase vapor”, apoiado pela FAPESP.


Coordenado por Evaldo José Corat, pesquisador do Laboratório Associado de Sensores e Materiais do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), o projeto envolve três áreas diferentes, mas com um ponto em comum: são materiais de carbono produzidos por meio de técnicas de deposição química a partir da fase de vapor.
Trata-se de um processo conhecido internacionalmente pela sigla CVD, de Chemical Vapor Deposition. O processo envolve a ativação de um gás, o que pode ser feito ao se alterar a temperatura, fazer um plasma ou, no caso de diamante, pelo uso de filamento aquecido.
A partir de reação desse gás reativo é feita a deposição de materiais sobre superfícies, processo conhecido como “crescimento” e usado para produzir o diamante CVD (sigla que o distingue do diamante usado para as jóias), o DLC (diamond-like carbon) e os nanotubos de carbono.
O CVD é conhecido dos pesquisadores desde os anos 1950. No caso dos estudos do Inpe, ele é crescido a partir de uma mistura de gases que contém uma pequena concentração de metano. A mistura é colocada em reatores de filamento quente – o equipamento usado para a pesquisa usa filamentos de tungstênio –, com temperaturas acima de 2.300 ºC. A partir da ativação desse gás, é feito o depósito desse diamante em um substrato, formando o filme de diamante.
Apesar de a descrição ser simples, produzir diamante em laboratório requer tempo. “A taxa de crescimento é de 2 a 4 mícrons por hora. Podemos crescer diamantes bem finos até relativamente espessos”, disse Corat.
Em um projeto desenvolvido anteriormente, envolvendo o uso de diamante CVD em brocas de perfuração de solo, os pesquisadores cresceram diamantes com 2 milímetros de diâmetro, em processo que levou mais de um mês.

O diamante é conhecido por ser o material mais duro existente na natureza e os exemplares produzidos em laboratórios mantêm essa característica. Também são excelentes condutores térmicos e transparentes na faixa do espectro que vai do raio X até o infravermelho longínquo.
Essas características podem ser exploradas na proteção de superfícies de equipamentos espaciais, em dispositivos microeletrônicos, em ferramentas de corte, como camada antiatrito em motores automotivos e aeronáuticos, para proteção de superfícies para ambientes agressivos e no processamento de vidros e materiais cerâmicos.
O diamante CVD também pode ser usado nas áreas médico-odontológica, como material para brocas rotativas usadas por dentistas, ou em aparelhos de ultrassom, em dispositivos para implantes e como eletrodos para sistemas de tratamento de efluentes e de água.
Corat e os pesquisadores a ele associados enfrentam o desafio de ampliar o crescimento de tubos de diamante CVD sobre fios finos de tungstênio. “Estamos fazendo o escalonamento da produção para obter volumes relativamente grandes. Queremos obter ferramentas abrasivas, incluindo brocas de alta durabilidade para perfuração de rochas, com perspectivas de aplicação na perfuração de poços de petróleo. O desafio é tornar a produção economicamente viável”, explicou.
O desenvolvimento de interfaces para deposição de diamante CVD sobre aços e materiais de ferramenta é outro importante objetivo do projeto. Os estudos identificaram que a interface de carboneto de vanádio e de boretos de ferro, obtidos por processo de termodifusão (difusão produzida por calor), tem capacidade de promover o crescimento de diamante de alta qualidade. Outra aplicação em estudo é a do diamante como eletrodo para eletroquímica, a ser usado, por exemplo, em tratamento de água.
O grupo coordenado por Corat também está pesquisando o processo de crescimento do nanodiamante, com potencial uso em um novo conceito de células solares que convertem calor diretamente em eletricidade e promete energia solar a custos menores que com as células de silício. Essa é uma linha de pesquisa básica do grupo coordenado pelo Inpe, que envolve o estudo de cálculos do processo e a identificação do material, procurando entender como e por que o nanodiamante cresce.

Nanotubos

No Projeto Temático, os pesquisadores estudam o crescimento de nanotubos de carbono de forma alinhada sobre a superfície – geralmente, os nanotubos são apresentados na forma de pó. A principal aplicação foi em compósitos estruturais, ou seja, fazer o depósito de nanotubos alinhados sobre fibra de carbono.
“Estamos fazendo os estudos para o escalonamento desse processo, ainda na escala do laboratório e para uso próprio”, explicou Corat. Os pesquisadores querem fazer o processo de forma mais rápida e ágil, obtendo amostras maiores de compósito para avançar suas pesquisas.

Outra área de trabalho é o desenvolvimento de técnicas para dar características de hidrofobicidade (capacidade de uma superfície repelir a água) e hidrofilicidade (afinidade de uma superfície com a água) a superfícies de nanotubos alinhados.
Com a técnica de plasma de oxigênio, os pesquisadores transformam a superfície de nanotubos alinhados em material super-hidrofílico; e com o tratamento a laser, que evapora parte dos nanotubos, tornam a superfície super-hidrofóbica. Uma aplicação possível é a filtragem de água e óleo, ou seja, pode ser usado em filtros para plataformas de petróleo.
Mas a pesquisa que Corat destaca com mais ênfase envolvendo os nanotubos de carbono é a que investigou a interação dos nanotubos alinhados com células.
“Crescemos células e hidroxiapatita em nanotubos, com melhoria do processo de crescimento celular. É uma linha que temos intenção de continuar investindo”, disse. A hidroxiapatita é um mineral importante para ossos e dentes, por exemplo.

DLC

Outro subprojeto do grupo envolve parceria com o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), vinculado ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCT) e localizado em Campinas (SP).
Os pesquisadores estudam o uso do diamante CVD em janelas de raio X, foco de alta energia. As janelas são uma interface entre o meio ambiente e o ambiente interno do anel, onde corre a linha de luz.
“São poucos os materiais que podem ser usados como janela. Geralmente usam berílio, um material caro e perigoso. Estamos em processo de estudo para substituição dessas janelas pelas de diamante”, explicou Corat.
O outro material que está no Temático coordenado pelo pesquisador é o DLC. Apesar de serem materiais formados por carbono, o diamante e o DLC são muito diferentes. O primeiro tem a estrutura cristalina e o outro é amorfo, e, por isso, não é considerado propriamente um diamante.
“Imagine extrair da natureza um diamante de 30 milímetros de diâmetro, que é o tamanho do material que estamos aplicando em um dos nossos projetos? Estaríamos ricos”, ri o pesquisador. O valor do diamante artificial está justamente nas suas possibilidades de aplicação. “A tecnologia permite fazer coisas que, com o diamante natural, não é possível.”
O DLC surgiu de uma tecnologia derivada do processo de tentativa de crescimento de diamantes em laboratório. Em algumas circunstâncias nesse processo foram obtidos materiais com características semelhantes às do diamante, mas que não tinham as estruturas cristalinas que o caracterizam.
“O DLC tem aplicabilidade industrial muito maior do que o diamante porque podemos fazer sua deposição em temperaturas mais baixas, praticamente em temperatura ambiente, e sobre materiais convencionais, como aço, alumínio, latão, plástico e vidro, que são mais importantes para a indústria. Isso é algo que não conseguimos fazer com diamantes, que precisam de temperaturas muito altas, em torno de 800 ºC, e não podem ser depositados sobre qualquer tipo de material”, acrescenta.
Apesar de ser muito duro, o DLC tem 30% a 40% da dureza do diamante, seu coeficiente de atrito é extremamente baixo. “Graças a essa característica, usamos o DLC no Inpe como lubrificantes sólidos, utilizados em satélites”, contou Corat.

Até pouco tempo atrás, o lubrificante era importado. “Hoje, temos uma empresa nacional, a Fibraforte, que desenvolveu conosco o processo de deposição de DLC sobre as partes móveis do satélite, o que permitiu substituir a importação”, disse.
Os esforços da equipe do Projeto Temático estão centrados também no estudo da adesão do DLC em aço e titânio. No caso do primeiro material, o interesse é desenvolver uma tecnologia que possa ser transferida para a indústria.
No caso do titânio, são para aplicações de interesse do Inpe, necessárias para o funcionamento de satélites. Em um dos estudos, os pesquisadores introduziram nanopartículas de diamante no DLC, melhorando propriedades desse material, como o coeficiente de atrito e resistência ao desgaste.
PIPE
A partir de pesquisas anteriores ao Temático em andamento, realizadas no âmbito do programa Diamantes e Materiais Relacionados (Dimare) do Inpe, Corat e outros cinco pesquisadores mais um técnico em eletrônica criaram a empresa Clorovale Diamante, em São José dos Campos, em 1997.


A empresa foi apoiada pelo Programa FAPESP Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE), nos projetos “Desenvolvimento de dispositivos em diamante CVD para aplicações de curto prazo”, de 1998 a 2002, “Filmes de DLC para aplicações em superfícies antibacteriana, antiatrito, espaciais, industriais e para tubos de perfuração de poços de petróleo”, de 2007 a 2010, e “Diamante CVD para um novo conceito de ferramentas de alto desempenho para perfuração e corte”, de 2008 a 2010.

Um dos pesquisadores principais do Temático atual, Vladimir Jesus Trava Airoldi, também do Inpe, foi o ganhador em 2011 do Prêmio Finep de Inovação, na categoria Inventor Inovador.