tecnologia BIOENGENHARIAy

Pesquisadores de
universidades de vários
países em Boston, nos
Estados Unidos,
durante o iGEM 2014,
a Competição
Internacional
de Máquinas
Geneticamente
Engenheiradas. Três
equipes brasileiras
participaram

Pequenas
máquinas do
futuro
Projetos de pesquisa feitos em universidades do
país são premiados em competição internacional
de dispositivos geneticamente modificados
Yuri Vasconcelos

fotos igem 2014 ilustraçãO raul aguiar

T

rês projetos de pesquisa desenvolvidos
por alunos e professores de cinco universidades brasileiras foram premiados na International Genetically Engineered Machine Competition (iGEM),
evento que teve origem no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Realizado no fim
do ano passado em Boston, nos Estados Unidos,
o iGEM 2014 (sigla em inglês para Competição
Internacional de Máquinas Geneticamente Engenheiradas) contou com a participação de 245
equipes formadas por mais de 2.300 estudantes de
instituições de ensino superior de todo o mundo,
entre elas as renomadas universidades de Harvard, Yale e Stanford, além do MIT, dos Estados
Unidos, Oxford e Cambridge, da Inglaterra. A
competição, criada em 2004, tem como missão
incentivar o avanço de pesquisas no campo da
biologia sintética, uma área que se baseia no desenvolvimento de dispositivos biológicos, como
sensores, equipamentos e softwares, voltados à
solução de problemas nas áreas de ambiente,
saúde, energia e alimentos.
Os brasileiros ganharam destaque ao apresentar projetos na área da saúde com dois biossen-

sores, um para diagnosticar câncer de mama e
outro para identificação de um marcador específico de doença renal crônica. Ambos utilizam
amostras de sangue e preveem diagnósticos mais
precoces que os exames atuais. O terceiro projeto
apresentou bactérias geneticamente modificadas
e programadas para detectar e absorver compostos de mercúrios que poluem rios da Amazônia.
"É muito bom ver trabalhos desenvolvidos no
Brasil serem reconhecidos numa competição
internacional do nível do iGEM. A premiação é
muito importante para estimular outras gerações
de jovens pesquisadores e revela que o trabalho
de grupo é fundamental para se chegar a um resultado de sucesso", afirma o médico José Luiz
de Lima Filho, diretor científico do Laboratório
de Imunopatologia Keizo Asami (Lika) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Ele
é um dos integrantes da equipe responsável pela
criação do dispositivo capaz de diagnosticar o
câncer de mama em seu estágio inicial. "Nosso
biossensor detecta moléculas de microRNA produzidas por células cancerígenas antes que seja
formado o processo tumoral. Essa é a principal
vantagem sobre a técnica tradicional mais empESQUISA FAPESP 228 z 65

Detecção de mercúrio
em rios da Amazônia

O que é
Uma linhagem de bactérias
geneticamente modificadas detecta,
absorve e quebra compostos
de mercúrio originados de garimpo
e presentes na água
Como funciona
As bactérias na fase final fazem
a biorremediação e transformam
o mercúrio em material gasoso
Instituição participante
Ufam

pregada atualmente, o exame de mamografia, que só identifica a enfermidade
quando já existe uma formação tumoral a
partir de 0,5 milímetro", diz Lima Filho.
"Quanto mais cedo o câncer é identificado, maiores as chances de cura." O ácido
ribonucleico (RNA) é um polímero de
nucleotídeos responsável pela síntese
de proteínas das células. Os microRNAs
são pequenos RNAs formados por cerca de 20 nucleotídeos encontrados em
plantas e animais.

O

novo dispositivo, agraciado com
medalha de prata em sua categoria no iGEM, é parte da tese
da estudante Deborah Zanforlin, doutoranda do programa de Biologia Aplicada e Saúde da UFPE, e contou com a
participação de pesquisadores do Centro de Estudos e Sistemas Avançados
do Recife (Cesar). Eles desenvolveram
um robô para preparar as amostras de
sangue colhidas dos pacientes, que, em
seguida, são analisadas pelo biossensor.
O sistema conta ainda com um dispositivo de controle de qualidade que avalia

66 z fevereiro DE 2015

se o material coletado está em condições
de ser analisado com precisão pelo biossensor (ver infográfico).
Os pesquisadores pernambucanos já
provaram o conceito do sistema e fizeram testes em amostras de pacientes com
câncer em laboratório. O próximo passo será construir os primeiros protótipos para execução de ensaios clínicos
em campo. "Quando estiver no mercado, nosso biossensor não irá requerer
pessoal especializado para processamento das amostras ­ ao contrário dos
testes moleculares para diagnóstico de
câncer existentes hoje. Por ser fácil de
transportar não exigirá que o paciente
se desloque até um posto de saúde para realizar o exame, poderá ser feito no
próprio consultório do médico. Poderá
ser importante na prevenção, auxílio
no diagnóstico e tratamento do câncer
de mama, ajudando a reduzir o número
de casos no Brasil", ressalta Lima Filho.
O projeto brasileiro para diagnóstico
de doença renal crônica (DRC) a partir de um biomarcador foi premiado no
iGEM com medalha de bronze. Ele foi
desenvolvido por alunos e docentes
da Universidade de São Paulo
(USP), Universidade Estadual
Paulista (Unesp) e Universidade Federal de São Carlos
(UFSCar). Biomarcadores
são estruturas bioquímicas
presentes no organismo humano que, em caso de alteração em seus níveis, podem
indicar anormalidades fisiológicas e patologias.
A creatinina é o biomarcador
usado atualmente. Mas há problemas, os níveis variam em função de fatores como nutrição, idade e massa muscular. Além disso, o diagnóstico funciona
apenas quando a doença está em estado avançado. A vantagem da cistatina
C, biomarcador que usamos em nosso
projeto, é que seus níveis não se alteram
em função da nutrição, idade ou massa
muscular e, também, é possível detectar
a doença em estágios mais precoces",
como explica o professor Francis de Morais Franco Nunes, do Departamento de
Genética e Evolução da UFSCar.
Nunes destaca que o primeiro passo
foi projetar o design de um circuito gênico (trecho formado por genes selecionados) que, pelo menos em teoria, fosse
capaz de funcionar em um microrganis-

mo, executando determinada tarefa. O
microrganismo escolhido foi a bactéria
Bacillus subtilis. A ideia é colocar o soro
sanguíneo do indivíduo em contato com
a bactéria que passaria a detectar os níveis da proteína cistatina C na amostra
e distinguir entre os níveis normais de
uma pessoa saudável e anormais de um
paciente com doença renal crônica.

O

planejamento do grupo de pesquisadores das universidades
paulistas prevê que, quando finalizado, o dispositivo terá aproximadamente 5 centímetros quadrados e apresentará todos os reagentes necessários
nas câmaras existentes em seu interior.
Uma delas é programada para conter os
esporos da bactéria e outra é destinada a induzir a ativação dos esporos e o
crescimento das bactérias modificadas
contendo o circuito gênico. Ao final da
detecção, uma terceira câmara é responsável por realizar a esterilização do dispositivo e manter a biossegurança local.

Diagnóstico de doença
renal crônica

O que é
Diagnóstico feito a partir de um
biomarcador chamado de cistatina C,
em vez da creatinina usada atualmente,
que detecta a enfermidade apenas em
estágios avançados
Como funciona
O soro sanguíneo do indivíduo
é colocado em contato com a bactéria
Bacillus subtilis, que passa a detectar
os níveis da proteína cistatina C
Instituições participantes
UFSCar, Unesp e USP

De olho no câncer de mama
Biossensor da UFPE faz o diagnóstico da doença a partir da análise de amostra sanguínea das pacientes
Purificação
Coleta de amostra
de sangue

Leitura no biossensor

análise e Resultado
Leitor de
reação
eletroquímica

RNA

1
2

Biossensor

3

ou

Uma amostra de 5 mililitros de

Uma gota da amostra processada

O biossensor informa se a amostra está

sangue é colhida da paciente. Em

pelo robô é colocada no biossensor,

em quantidade suficiente, se o RNA está

seguida, um robô purifica o material

que é inserido em um leitor de reação

adequadamente purificado para ser

coletado e isola o RNA (ácido

eletroquímica, similar ao usado

analisado e, por fim, faz o teste e aponta

ribonucleico) presente no sangue

atualmente em testes de glicose

se a paciente tem ou não câncer de mama

constatamos em ensaios laboratoriais que,
em meio de cultura contendo mercúrio,
elas podem degradar até 70% do metal
pesado", diz Carlos Gustavo Nunes da
Silva, professor de Engenharia Genética
da Ufam e coordenador do projeto que
envolveu 15 estudantes. Os microrganismos foram modificados de três maneiras diferentes e complementares. Uma
bactéria foi transformada, por meio de
engenharia genética, em um biossensor
capaz de acusar a presença do metal no
meio ­ ela fica verde fosforescente quando detecta a substância. Outra foi alterada
para capturar o mercúrio da água, sendo
responsável pela biorremediação em si.
E uma terceira foi programada para converter o mercúrio presente no meio em
mercúrio gasoso (Hg0). A equipe planeja
criar, com a colaboração de pesquisadores das áreas de engenharias e design,
um sistema que armazene o mercúrio
volátil para que seja posteriormente reaproveitado ­ por exemplo, na fabricação
de lâmpadas e equipamentos eletrônicos
e até mesmo na reciclagem do metal em
eletroeletrônicos.
"Para desenvolver o projeto, tivemos
como inspiração um conjunto de genes
já presentes em algumas bactérias para
metabolismo de mercúrio, que são chamados de operon mer. Estudamos como
eles agem em conjunto para degradar o
mercúrio e selecionamos os mais interessantes para fazer nossas construções ge-

néticas na bactéria", explica Laís Almeida
Gomes, uma das estudantes envolvidas no
projeto. Segundo ela, que é mestre em Genética, Conservação e Biologia Evolutiva
pelo Instituto Nacional de Pesquisas da
Amazônia (Inpa), o projeto encontra-se
em estágio avançado, mas ainda precisa
de ajustes.

infográfico ana paula campos ilustraçãOraul aguiar

Fontejosé Luiz de Lima Filho/UFPE

O desenvolvimento do biodetector
bacteriano ainda está em andamento,
com cerca de 60% do circuito gênico
concluído, mas a equipe já obteve uma
prova de conceito experimental de que
a bactéria consegue detectar a presença
de cistatina C no sangue e quantificar o
nível da proteína. "Estimamos que o projeto ainda precise de quatro anos para
ser concluído. Nossa expectativa é que
seja uma tecnologia acessível a toda a
população", diz Matheus Pedrino Gonçalves, aluno do curso de biotecnologia
da UFSCar e um dos membros do grupo.
O terceiro projeto de pesquisa brasileiro premiado no iGEM saiu dos laboratórios da Universidade Federal do Amazonas (Ufam). O grupo, laureado com
medalha de ouro em sua categoria, criou
uma linhagem de bactérias geneticamente
modificadas capazes de detectar, absorver
e quebrar compostos de mercúrio presentes na água. A ideia é usar os microrganismos que, de acordo com os pesquisadores,
podem ser classificados como máquinas
geneticamente modificadas ­ para livrar
os mananciais da Amazônia desse metal
pesado, altamente prejudicial à saúde. A
contaminação dos rios da região por mercúrio ocorre principalmente por causa de
sua utilização na atividade de mineração
do ouro. Depois de usado, ele é descartado irregularmente no meio ambiente.
"Inserimos circuitos gênicos em bactérias de laboratório [Escherichia coli] e

A

pesar de todos os sistemas demonstrarem que as bactérias
respondem de forma positiva à
presença do mercúrio, os pesquisadores
perceberam que para aumentar a escala
será preciso aprimorar a tecnologia. Outro desafio é construir biorreatores para
fazer a estação de tratamento, etapa que
deve ser concluída até setembro deste
ano. Todas as bactérias modificadas não
são nocivas ao ser humano.
"A principal vantagem do nosso trabalho é a possibilidade de retirada de
mercúrio, não só de rios, mas também
de outros ambientes, porque muitas empresas da região usam a substância em
seus processos e a descartam de forma
inadequada", diz Laís. Esse é um dos
grandes benefícios para a sociedade amazônica, que depende dos rios para obter
sua principal fonte de alimentação, os
peixes. "A medalha nos motiva a continuar trabalhando e melhorar sempre e
isso é bom para que mais pessoas acreditem no desenvolvimento da ciência
na região." n
pESQUISA FAPESP 228 z 67