A estrutura do DNA

No início dos anos 50, a identidade do material genético ainda era motivo de debate. A descoberta da estrutura helicoidal do DNA de fita dupla resolveu o problema - e mudou a biologia para sempre

 

Em 25 de abril de 1953, James Watson e Francis Crick anunciaram ¹ na Nature que "desejam sugerir" uma estrutura para o DNA . Em um artigo de pouco mais de uma página, com um diagrama (Fig. 1), eles transformaram o futuro da biologia e deram ao mundo um ícone - a dupla hélice. Reconhecendo imediatamente que sua estrutura sugeria um “possível mecanismo de cópia para o material genético”, eles iniciaram um processo que, na década seguinte, levaria à quebra do código genético e, 50 anos depois, à sequência completa do genoma humano.

Figura 1 A dupla hélice do DNA. Esse desenho apareceu no relatório ¹ de Watson e Crick sobre a estrutura do DNA e foi produzido pela esposa de Crick, Odile.

Até aquele momento, os biólogos ainda estavam convencidos de que o material genético era de fato DNA; proteínas parecia uma aposta melhor. No entanto, a evidência para o DNA já estava disponível. Em 1944, o pesquisador médico canadense-americano Oswald Avery e seus colegas mostraram ² que a transferência de DNA de uma cepa de bactéria virulenta para não-virulenta conferia virulência a esse último. E em 1952, os biólogos Alfred Hershey e Martha Chase publicaram evidências ^{3 de} que vírus fágicos infectam bactérias injetando DNA viral.

O artigo: Estrutura molecular de ácidos nucléicos: uma estrutura para o ácido nucleico desoxirribose

Watson, um geneticista norte-americano de 23 anos de idade, chegou ao Cavendish Laboratory na Universidade de Cambridge, Reino Unido, no outono de 1951. Ele estava convencido de que a natureza do gene era o principal problema da biologia e que a chave para a gene era DNA.

O Cavendish era um laboratório de física, mas também abrigava a Unidade de Pesquisa do Conselho de Pesquisa Médica sobre a Estrutura Molecular de Sistemas Biológicos, chefiada pelo químico Max Perutz. O grupo de Perutz usava cristalografia de raios-X para desvendar as estruturas das proteínas hemoglobina e mioglobina. Sua equipe incluía um estudante de 35 anos que havia desistido da física e treinado novamente em biologia e que estava muito mais feliz trabalhando com as implicações teóricas dos resultados de outras pessoas do que fazendo seus próprios experimentos: Francis Crick. Em Crick, Watson encontrou um aliado pronto em sua obsessão pelo DNA.
 
No entanto, o DNA foi o projeto de Maurice Wilkins no King's College London. Crick era amigo de Wilkins, e não era o caso dos laboratórios competirem pela mesma molécula. Além disso, o experiente cristalógrafo de raios X Rosalind Franklin acabara de assumir o trabalho experimental de DNA na King's. Devido a um mal-entendido sobre seus papéis relativos, o relacionamento de Franklin com Wilkins era gelado.
 
Nada disso impediu Watson e Crick de especular sobre como os componentes da molécula de DNA - as quatro bases nucleotídicas adenina, guanina, timina e citosina, conectadas a uma espinha dorsal de açúcares e fosfatos - podem se reunir em fibras.  

Eles achavam que uma hélice era uma opção provável: o químico norte-americano Linus Pauling e seus colegas haviam demonstrado ⁴ que as cadeias peptídicas formavam hélices α. O próprio Crick foi co-autor de um artigo sobre a teoria da difração de raios-X por hélices ⁵ . No final de 1951, ele e Watson combinaram essa teoria com o que sabiam sobre a química do DNA e com o que se lembraram das palestras proferidas por Wilkins e Franklin, para construir um modelo da estrutura do DNA.

150 anos da natureza - uma coleção de aniversário

Eles entenderam muito mal: Wilkins e Franklin rapidamente o demoliram. O chefe do Cavendish, Lawrence Bragg, ficou furioso e proibiu Watson e Crick de fazer mais trabalhos sobre o DNA. Mas então, em fevereiro de 1952, a equipe Cavendish recebeu um manuscrito de Pauling que continha um modelo de DNA. Estava errado, mas Watson e Crick ficaram alarmados com o fato de Pauling estar potencialmente próximo de uma solução.
 
Dessa vez, Bragg concordou que eles poderiam tentar chegar lá primeiro. Franklin logo se mudaria para a Birkbeck College, em Londres, e deixaria o trabalho de DNA para Wilkins. Ela e seu aluno de graduação, Raymond Gosling, haviam dado a Wilkins uma fotografia do padrão de difração de raios X produzido pela forma B do DNA. Watson foi ver Wilkins, que lhe mostrou a fotografia, sem o conhecimento de Franklin e Gosling.
 
A agora famosa "Fotografia 51", juntamente com outros dados não publicados de Franklin que Perutz havia mostrado a Watson e Crick, disse ao par que o DNA realmente formava uma hélice e que a estrutura consistia em duas cadeias correndo em direções opostas. Watson ficou perplexo, no entanto, sobre como as bases poderiam emparelhar-se entre as duas. Ele fez recortes de papelão das bases, tentando encaixá-las, mas nada parecia funcionar.
 
Seu colega Jerry Donohue apontou que estava usando as estruturas moleculares dos isômeros enol das bases, que não podem formar as ligações de hidrogênio necessárias para o emparelhamento de bases. Depois que Watson fez recortes dos isômeros ceto-alternativos, teve a revelação ofuscante de que, quando a guanina se ligava à citosina, tinha uma forma idêntica à da adenina, ligada à timina, e que as formas se encaixavam perfeitamente na estrutura helicoidal fornecida pelos backbones de cada cadeia de DNA. Isso explica a descoberta do bioquímico Erwin Chargaff de que o DNA de qualquer espécie possui a mesma quantidade de guanina que a citosina e adenina e timina ⁶ . Também mostrou que cada cadeia de DNA em uma hélice fornece um modelo perfeito para a outra, lendo a sequência de bases em direções opostas.
 
Em poucos dias, Watson e Crick haviam construído um novo modelo de DNA a partir de peças de metal. Wilkins imediatamente aceitou que estava correto. Foi acordado entre os dois grupos que eles publicariam três trabalhos simultaneamente na Nature , com os pesquisadores do King comentando sobre o ajuste da estrutura de Watson e Crick aos dados experimentais, e Franklin e Gosling publicando a Fotografia 51 pela primeira vez ^{7 , 8} .
 
A dupla de Cambridge reconheceu em seu artigo que sabia “da natureza geral dos resultados e idéias experimentais não publicados” dos trabalhadores do rei, mas não foi até The Double Helix , o relato explosivo de Watson sobre a descoberta, que foi publicado em 1968 que ficou claro como eles obtiveram acesso a esses resultados. Franklin morrera de câncer uma década antes; sua morte a impediu de compartilhar o prêmio Nobel concedido a Watson, Crick e Wilkins em 1962.

Dorothy Hodgkin: A criação de um cientista excepcional

A recepção imediata do modelo de dupla hélice foi surpreendentemente silenciosa ⁹ , talvez porque não houvesse mecanismo óbvio para explicar seu papel na síntese de proteínas. Em uma conversa histórica em 1957, Crick propôs que a sequência base codificasse a sequência de aminoácidos em uma proteína, e que a produção de proteínas envolvesse RNA tanto como modelo quanto como um 'adaptador' que permitiria a conexão de aminoácidos uns aos outros na ordem certa. Ele também apoiou a sugestão - originalmente feita informalmente pelo físico George Gamow aos membros do 'RNA Tie Club' convocado por Gamow e Watson, mas também proposto de forma independente pelo biólogo Sydney Brenner ¹⁰ - de que trigêmeos de bases (que Brenner chamou de códons) codificam os 20 aminoácidos comumente encontrados nas proteínas. Por fim, Crick expôs o que chamou de 'dogma central' da biologia: essa informação pode fluir de ácidos nucléicos para proteínas, mas não o contrário ¹¹ .
 
Essas previsões foram confirmadas por experimentos nos próximos anos. Em 1958, os bioquímicos Matthew Meselson e Franklin Stahl mostraram que uma fita de DNA atua como modelo para a formação de uma nova fita ¹² . No mesmo ano, Arthur Kornberg e seus colegas publicaram sua descoberta da enzima DNA polimerase ¹³ , que adiciona bases às novas cadeias de formação. O RNA mensageiro, o RNA de transferência e o RNA ribossômico foram todos identificados rapidamente.
Em 1961, Marshall Nirenberg e Heinrich Matthaei foram os primeiros a decifrar parte do código genético, demonstrando que os extratos bacterianos sintetizam apenas o aminoácido fenilalanina do RNA que contém apenas um tipo de RNA base ¹⁴ (uracil; U). No mesmo ano, Crick, sua indispensável técnica feminina Leslie Barnett e suas colegas de trabalho relataram estudos de mutações que confirmaram a existência do código baseado em trigêmeos ¹⁵ e, portanto, sugeriram que o códon da fenilalanina era UUU. A corrida para identificar o conjunto completo de códons foi concluída em 1966, com Har Gobind Khorana contribuindo com as seqüências de bases em vários códons de seus experimentos com polinucleotídeos sintéticos (ver go.nature.com/2hebk3k ).
 
Com a publicação ^de Fred Sanger e colegas ¹⁶ de um método eficiente para sequenciar DNA em 1977, foi aberto o caminho para a leitura completa da informação genética em qualquer espécie. A tarefa foi concluída para o genoma humano em 2003, outro marco na história do DNA.
 
Watson dedicou a maior parte de sua carreira à educação e administração científica como chefe do Laboratório Cold Spring Harbor em Long Island, Nova York, e atuou (brevemente) como o primeiro chefe do Centro Nacional de Pesquisa em Genoma Humano dos EUA, agora o Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano. Sempre franco, ele acabou sendo removido de sua posição emérita em Cold Spring Harbor, quando transmitiu repetidamente opiniões controversas sobre genética, raça e inteligência.
 
Crick continuou a enfrentar problemas difíceis na ciência, mudando-se em 1977 de Cambridge para o Salk Institute em La Jolla, Califórnia, onde passou o resto da vida trabalhando na base neural da consciência ¹⁷ e, especificamente, da percepção visual. Ele morreu em 2004, aos 88 anos.
A dupla hélice colocou a genética em uma base física que lançaria luz sobre quase todos os aspectos da biologia e da medicina modernas. Exemplos incluem a migração de populações humanas ao longo da história; ecologia e biodiversidade; mutações causadoras de câncer em tumores e seu tratamento medicamentoso; vigilância da resistência microbiana a medicamentos em hospitais e na população global; e o diagnóstico e tratamento de doenças congênitas raras. A análise de DNA já foi estabelecida na ciência forense e a pesquisa em aplicações mais futuristas, como a computação baseada em DNA, está bem avançada.
 
Paradoxalmente, a estrutura icônica de Watson e Crick também possibilitou o reconhecimento das deficiências do dogma central, com a descoberta de pequenos RNAs que podem regular a expressão gênica e de fatores ambientais que induzem alterações epigenéticas hereditárias. Sem dúvida, o conceito de dupla hélice continuará a sustentar as descobertas da biologia nas próximas décadas.

Referências

1. 1
   Watson, JD & Crick, FHC Nature 171 , 737-738 (1953).
   • • PubMed
     • Artigo
     • Google Scholar
2. 2)
   Avery, OT, MacLeod, CM e McCarty, M.J. Exp. Med. 79 , 137-158

 

Metilação do DNA

     Introdução: A metilação consiste na adição de grupamentos metila a base citosina (C)  DNA, dependendo de suas posições na molécula, tanto o DNA procariótico quanto o  eucariótico podem ser metilados; a metilação é catalizada por enzimas, sendo  fundamental na regulação do “silenciar dos genes”, regulação das funções das  proteínas,  metabolismos de RNA além de estar presente no metabolismo da bactéria.

      A modificação química dos nucleotídeos é importante para a regulação de genes em  eucariontes principalmente em mamíferos. Uma determinada quantidade dos pares de  bases G-C são modificados pela adição de um grupo metila a citosina.

     A metilação da citosina sempre ocorre em duplas de pareamento de bases como segue  abaixo:

5' mC p G3'

3'G p Cm 5'

mC representa a metilcitosina e

p indica a ligação fosfodiéster entre as bases de um filamento de DNA.

     Essa estrutura pode ser abreviada simplesmente dando a composição de um filamento  mCpG

     Os dinucleotídeos CpG juntamente com as enzimas de restrição que são sensíveis a  modificação química em seus sítios de reconhecimento digerem o DNA; as enzimas de  restrição são divididas em várias classes, dependendo da estrutura, da atividade e dos  sítios de reconhecimento e clivagem.

     A enzima Hpall reconhece e cliva (corta) a sequência CCGG, porém quando a segunda  citosina nesta sequência é metilada, Hpall não pode mais clivar a sequência.

     Os dinucleotídeos CpG contém junto de si vários elementos curtos de DNA  tendo uma  densidade muito mais alta de C e G que qualquer outra região do genoma, estes  segmentos são chamados de ilhas de CpG.

     Metilação no genoma humano:

     No genoma Humano, existem cerca de 45.000 destas ilhas, a maioria próximas ao sítio  de início da transcrição, porque as citosinas que estão próximas a essas ilhas nunca são  metiladas e este estado não metilado conduz a transcrição.

     Onde o DNA metilado é encontrado a transcrição é restrita, como exemplo o  cromossomo X inativo de algumas fêmeas de mamíferos que é extensamente metilado. Os mecanismos que fazem com que o DNA metilado seja transcricionalmente silencioso  não são bem compreendidos.

     Pórem sabe-se que duas proteínas que reprimem a transcrição se ligam ao DNA  metilado,  uma delas se chama MeCP2  e causa mudança na cromatina , entretanto é  possível que  os  dinucleotídeos metilados CpG liguem mais proteínas específicas  desconhecidas e que  essas proteínas formem um complexo que evita a transcrição de  genes vizinhos.

     Exemplo de metilação em DNA dos mamíferos:

     Quando ocorrem casos em que um gene é controlado por sua origem parental, por  exemplo um gene conhecido como H19 é expresso quando é herdado da mãe, mas não é  expresso quando é herdado do pai, ou seja a expressão do gene esta condicionada a  origem parental, os geneticistas dizem que esse gene foi imprintado, quer dizer que o  gene foi marcado de algum modo, para que “lembre” de qual genitor veio.

      A marca que condiciona a expressão de um gene é a metilação de um ou mais  dinucléotideos CpG na vizinhança do gene, esses dinucleotídeos metilados são  inicialmente formados na linhagem germinativa parental.

 

Exemplo de metilação em bactérias:

     Na metilação de bactérias o grupo metil (CH3) são adicionados a determinados locais do  DNA para impedir que ele seja destruído por enzimas de restrição. A metilação do DNA acontece, quando as bactérias são invadidas por vírus bacteriófago,  elas se defendem do vírus através do seu sistema imunológico cortando o DNA do vírus  em pedacinhos; para realizar esse procedimento as bactérias desenvolveram uma série  de enzimas de restrição (restringem o ataque do vírus a bactéria) que reconhecem  seqüências especificas de DNA do vírus, e cortam o DNA no meio dessas sequências. 

     As enzimas de restrição distinguem entre o DNA bacteriano e o DNA do vírus através do  metil que esta ligado a certas seqüências do DNA da bactéria, não cortando portanto o  DNA bacteriano.

     Porém o vírus não tem essa enzima de restrição e quando ele injeta o seu DNA na  bactéria, esse não contém nehuma proteção ou seja nenhum metil para impedir que a  enzima de restrição o corte em pedacinhos.

     Eco R1 em E.coli e BamH1: nome de duas enzimas de restrição somente de bactérias.

     Metilases: Enzimas que realizam a metilação do DNA .

     Alguns exemplos de metilação nos seres Vivos:

     Bactérias: O DNA bacteriano possui certas sequências metiladas que se distingue  do  DNA exógeno do vírus não-metilado que é introduzido, as bactérias usam proteínas  chamadas de enzima de restrição para cortar qualquer DNA viral não metilado.

     Eucarióticos: No DNA eucariótico, as bases citosina são metiladas para formar o  5-metilcitosina, os organismos eucarióticos se diferem muito em seu grau de metilação:

     Células animais: 5% citosinas metiladas.

     Plantas: mais de 50% citosinas metiladas.

     Células de leveduras: nenhuma metilação de citosina detectada.

     Ainda não está claro por que os organismos eucarióticos se diferem tanto em seu grau  de  metilação.

     Consequências da metilação:

     A metilação afeta a estrutura da molécula de DNA, e consequentemente o  desenvolvimento da célula. As sequências que são metiladas não são transcritas,  enquanto as sequências sem metilação estão sendo transcritas ativamente.

Leia mais: https://geneticavirtual.webnode.com.br/genetica-virtual-home/prefacio/estrutura%20e%20replica%C3%A7%C3%A3o%20do%20dna/metila%C3%A7%C3%A3o%20do%20dna/

Equações da vida

A mesma estrutura de códigos une sequências de DNA e comunicação digital

Marcos de Oliveira

Edição Impressa 178 - Dezembro 2010

“A teoria da informação é uma ferramenta adequada para o intercâmbio com a biologia molecular, diz Gérard Battail“

Explicar os fenômenos da natureza com equações matemáticas é uma tarefa rotineira e incorporada aos estudos da física, da química e da própria matemática. A biologia tem uma tradição menor nesse sentido. Essa relação é perseguida por vários grupos de estudo na Europa e nos Estados Unidos que buscam uma vinculação dos genomas de seres vivos com estruturas matemáticas para tentar compreender melhor a formação da vida no planeta. Mas a primazia de encontrar tal vínculo coube a um grupo de pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade de São Paulo (USP) que encontraram uma relação matemática entre um código numérico e a sequência do DNA, a sigla em inglês do ácido desoxirribonucleico que carrega os genes dentro das células. Outros pesquisadores já haviam sugerido essa relação, mas não conseguiram provar. Os brasileiros descobriram que as bases nitrogenadas timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A) se organizam segundo uma lógica numérica. “A distribuição dessas bases possui um código matemático que prevaleceu ao longo da evolução dos seres vivos”, diz o professor Márcio de Castro Silva Filho, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, da USP. “Descobrimos que uma proteína ao perder a função biológica devido a uma mutação, por exemplo, deixa de ser representada por uma estrutura matemática”, diz Silva Filho, um dos coordenadores do grupo.

Os pesquisadores não desenvol­veram um código novo para explicar a sequên­cia do DNA. Eles verificaram que existe uma relação entre certas sequências de DNA com o código corretor de erros (ECC, sigla de error-correcting code), que são equações matemáticas utilizadas em todo processo digital, usado em sistemas de comunicação e de telecomunicações, em memórias de computador e memórias flash de pen-drives para corrigir ruídos ou defeitos que surjam nas transmissões. O código também é conhecido pelas letras BCH, que são as iniciais de seus descobridores – os indianos Raj Chandra Bose e Dwijendra Kumar Ray-Chaudhuri e o francês Alexis Hocquenghem –, e não apenas identifica o erro mas também faz a correção. A atribuição da associação de códigos de correção de erros com sequências de DNA não é nova.
É objeto de pesquisa desde a década de 1980 e um dos principais estudiosos é o professor Hubert Yockey, que trabalhou na Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, e publicou dois livros: Information theo­ry and molecular biology, em 1992, e Information theory, evolution, and the origin of life, em 2005, ambos editados pela Cambrigde University Press. Outro pesquisador da área é Gérard Battail, professor aposentado da Escola Nacional Superior de Telecomunicações, da França, que tem escrito artigos propondo a relação entre código corretor de erros e o genoma. Eles têm demonstrado o processo e levantado hipóteses, mas não apresentaram as relações matemáticas com o DNA. Os brasileiros conseguiram estabelecer essa relação nas sequên­cias do ácido ribonucleico mensageiro (RNAm) que geram as proteínas.
“Ao conhecermos a estrutura matemática da proteína é possível alterar a ordem das bases e também corrigir as mutações ou erros que possam acontecer para voltar à condição normal de uma proteína”, diz o professor.
Problema molecular – A capacidade de corrigir uma mutação ou um erro celular poderia, por exemplo, no futuro utilizar uma solução matemática para atuar sobre a falta de produção de insulina pelas células do pâncreas, corrigindo erros em um gene específico. “Seria possível identificar a estrutura matemática das mutações e onde elas ocorreram e talvez corrigir esse problema molecular para o organismo voltar a produzir insulina, revertendo as estruturas anteriores. Outra possibilidade seria fabricar proteínas a partir do código matemático ou ainda encontrar proteínas não conhecidas existentes nas células”, diz o professor Reginaldo Palaz­zo Júnior, da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (Feec) da Unicamp, outro coordenador do grupo. “A correção ou a forma de reverter o erro nas células acontece da mesma forma que num disco rígido (HD), que tem um setor danificado e o ECC reconstitui as informações.”

Com tantas possibilidades de uso na indústria, além do significado científico importante da descoberta, os pesquisadores resolveram, antes de publicar a novidade em periódicos científicos, depositar uma patente internacional pelo Tratado de Cooperação em Patentes (PCT, na sigla em inglês), em vários países, e outra nos Estados Unidos, com financiamento da FAPESP e gerenciamento da Agência de Inovação da Unicamp e da Agência USP de Inovação. Laboratórios do mundo poderão usar, se licenciarem a patente, as estruturas matemáticas descobertas pelo grupo, possivelmente na forma de um software, para testar proteínas em um amplo leque de produtos. “Essas informações são importantes para desenvolver vacinas, medicamentos ou proteínas para elaboração de queijos e amaciantes de roupa, por exemplo”, diz o professor Silva Filho. Hoje se faz uma alteração na sequência de DNA que codifica uma proteína e depois são feitos os testes em laboratório para verificar a eficácia da reação num experimento de tentativa e erro.

Com as equações matemáticas será possível testar a afinidade e a estabilidade da proteína em um trabalho preliminar de forma a verificar mutações e, posteriormente, testá-las a partir de experimentos de laboratório para confirmar se a mutação na sequência de DNA deu o resultado esperado. “Se a estrutura matemática não se mantiver, a alteração não vai ser efetivada e não produzirá os resultados esperados.”

A descoberta da existência de um código matemático que transcreve a sequên­cia de DNA aconteceu quase por acaso e começou com o professor Palaz­zo, que lançou um desafiante objetivo a duas alunas de doutorado, Luzinete Cristina Bonani Faria e Andrea Santos Leite da Rocha, orientadas por ele na Feec e oriundas da graduação da Pontifícia Universidade Católica de Campinas (Puccamp), com mestrado na Unicamp. Elas deveriam procurar as informações que transitam dentro de uma célula. “Dentro da mitocôndria, um órgão responsável pela respiração celular, existem moléculas de DNA para sintetizar certas substâncias, mas ela não tem todas as proteínas e precisa solicitar proteínas extras produzidas por genes localizados no núcleo de modo a realizar as funções na organela. Nesse caso, para os matemáticos, a proteína é informação e existe um código padrão para transmiti-la”, explica o professor Palazzo. O modelo apresentado pelos pesquisadores brasileiros se ajusta a qualquer sequência de DNA produtora de proteínas dentro da célula.
Palazzo é um especialista na chamada teoria matemática da comunicação, área de estudo que pesquisa a transmissão de todo tipo de informação e seus códigos. Também chamada de teoria dos códigos, ela analisa as formas de transmissão independentemente do significado. Assim não importa a palavra que está sendo transmitida, mas como ela é enviada de um emissor A para um receptor B, dentro de um contexto matemático.“Essa teoria foi apresentada por Claude Shannon [matemático e engenheiro eletrônico norte-americano] em 1948”, lembra Palazzo.
Para o estudo de Andrea e Luzinete, Palazzo sugeriu que elas procurassem os professores da Unicamp, da área da Faculdade de Ciências Médicas (FCM), inicialmente, para encontrar componentes biológicos e se aprofundar no tema. Depois de muita procura, elas ouviram a sugestão do professor Anibal Vercesi, da FCM, para procurarem o professor Márcio de Castro Silva Filho na Esalq. “Fomos conversar com ele e estabelecemos um casamento de interesses”, diz Palazzo. “Começamos um diálogo tendo de um lado matemáticos e um engenheiro elétrico e eu, um geneticista especializado em transporte de proteínas”, lembra Silva Filho. A primeira amostra de DNA investigada pelas pesquisadoras da Unicamp foi da Arabidopsis thaliana, planta da família da mostarda, que serve de modelo para estudos genômicos. A partir daí, elas ficaram trabalhando durante seis meses. “Começaram a testar vários elementos matemáticos para tentar achar alguma sistematização em relação ao genoma”, explica Palazzo, que contou também com a colaboração no estudo do engenheiro da computação João Henrique Kleinschmidt, ex-aluno de doutorado e atual professor da Universidade Federal do ABC, em Santo André, na Região Metropolitana de São Paulo. “Um dia elas me chamaram na Unicamp e me mostraram os resultados. Quando percebi o que era fiquei sem fala. Pensei que fosse uma coincidência e passamos a repetir o trabalho usando outros genomas, do homem, de bactérias, fungos e plantas. Descobrimos que é um processo universal”, conta Silva Filho.

Entender a linguagem – No final de 2009, eles submeteram um artigo às revistas Nature e Science, mas as duas recusaram dizendo que era algo muito específico. “Acredito que eles não entenderam a linguagem matemática do paper”, diz Silva Filho. “Isso faz parte da dificuldade da conversa entre biólogos, engenheiros, médicos etc.”, diz Palazzo. Aí eles resolveram enviar para a revista Electronics Letters, que em três semanas aceitou o trabalho e o elegeu o melhor artigo de fevereiro deste ano, colocando-o na capa do mesmo mês. Eles começaram a mostrar o estudo em congressos internacionais de teoria da informação e devem apresentar novos resultados com informações mais detalhadas e com outras ferramentas matemáticas. No artigo da Electronics Letters, “DNA sequences generated by BCH codes over GF(4)”, ou “Sequências de DNA geradas pelo código BCH sobre GF(4)”, eles apresentaram uma parte do trabalho utilizando a estrutura matemática chamada de corpo algébrico de Galois, enquanto novos resultados usam a estrutura de anel de Galois. Em uma simplificação, poderíamos dizer que em relação ao corpo o produto de dois números diferentes de zero resulta em um número diferente de zero, enquanto na estrutura de anel o produto pode ser zero. Para os matemáticos isso faz muita diferença na apresentação dos resultados. Até agora eles apresentaram apenas os resultados em corpo.
O feito dos pesquisadores brasileiros apresenta uma solução importante e uma novidade para a biologia. Ela inicia uma nova fase em que os fenômenos que estuda passam a ser analisados por métodos quantitativos. “Em 1999, a Academia Real da Suécia indicou que um dos avanços da ciência no novo século seria a incorporação de mais matemática aos estudos da biologia”, lembra Silva Filho. Mas para isso tanto os pesquisadores brasileiros como Battail e Yockey concordam que é preciso um maior diálogo entre biólogos, matemáticos e engenheiros eletrônicos. “Como engenheiro, eu estou convencido de que a teoria da informação é uma ferramenta adequada para intercâmbio com a biologia molecular”, escreveu Battail em uma apresentação do livro de Yockey em 2006. “Ainda estamos distantes de uma interdisciplinaridade que permita a conversa entre áreas para projetos desse tipo. Mas nós já demos um bom passo”, diz o professor Palazzo.

> Artigo científico
Faria, L.C.B.; Rocha, A.S.L.; Kleinschmidt, J.H. ; Palazzo Jr., R.; Silva Filho, M.C. DNA sequences generated by BCH codesover GF(4). Electronics Letters. v. 46, n. 3, p. 202-03. fev. 2010.