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Bioluminesc�ncia abre
novos caminhos na pesquisa cient�fica
A
bioluminesc�ncia, ou o processo biol�gico pelo qual
animais, como o vaga-lume e a �gua-viva, emitem luz
a partir de suas c�lulas, j� provocou revolu��es
importantes na ci�ncia, especialmente na �rea da
sa�de.
As prote�nas da bioluminesc�ncia foram usadas como
ferramentas na descoberta de novos medicamentos e
t�m sido aplicadas amplamente na pesquisa biom�dica,
na qual s�o usadas para estudar os processos
biol�gicos das c�lulas vivas.
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Mas, agora, muitos cientistas est�o tentando
aplicar os conceitos dessa "luz natural" em
atividades como a melhoria do cultivo de
alimentos, a detec��o da polui��o ou at�
mesmo a ilumina��o p�blica. Uma das ideias,
por exemplo, � desenvolver �rvores que
emitam luz e, dessa forma, possam ser usadas
para iluminar as ruas de uma cidade.
Darwin Charles Darwin, o pai da Teoria da
Evolu��o, foi um dos primeiros cientistas
modernos a documentar o processo. Na noite
de janeiro de 1832, pr�ximo � costa de
Tenerife, na Espanha, o jovem Darwin vagava
pelo conv�s do navio HMS Beagle. |
Enquanto
olhava distra�do para o mar, ele foi surpreendido
por um brilho sobrenatural vindo de dentro do oceano.
"O mar estava iluminado por in�meros pontinhos que,
no rastro do navio, deixavam uma cor levemente
leitosa, quase uniforme", escreveu Darwin.
"Quando a �gua era colocada em uma garrafa, soltava
umas fa�scas por alguns minutos, antes de se
encolher", acrescentou.
Darwin estava quase certo ao descrever a luz emitida
pelos min�sculos organismos marinhos chamados
dinoflagelados.
A an�lise do pai da Teoria da Evolu��o sobre o
fen�meno foi trazida � tona anos depois pelo
professor Anthony Campbell, que analisou as notas
manuscritas de Darwin guardadas na Universidade de
Cambridge, na Inglaterra.
Depois de Darwin, demorou mais de um s�culo at� que
um experimento pr�tico fosse feito para estudar a
bioluminesc�ncia. Campbell, da Universidade de
Cardiff, no Pa�s de Gales, realizou uma pesquisa
pioneira durante os anos 1970 e 1980, levando �
descoberta de que criaturas vivas produzem luz
usando enzimas especiais, chamadas luciferases.
Essas enzimas participam de uma rea��o qu�mica nas
c�lulas, que s�o respons�veis pela emiss�o de luz.
"Quando eu comecei a pesquisar bioluminesc�ncia 40
anos atr�s, na escola de medicina de Cardiff, muitas
pessoas me olharam estranho e disseram: "Que diabos
esse sujeito est� fazendo ao trabalhar com animais
marinhos? Ele veio de Cambridge para fazer pesquisa
m�dica", conta Campbell.
Mercado
amplo
Mas o cientista estava prestes a explicar o
potencial daquele fen�meno. Tendo descoberto as
enzimas envolvidas na bioluminesc�ncia, ele percebeu
que combinando luciferases com outras mol�culas, era
poss�vel aproveitar a emiss�o de luz para mensurar
processos biol�gicos.
Isso pavimentaria o caminho para uma revolu��o na
pesquisa m�dica e no diagn�stico cl�nico.
Campbell identificou, por exemplo, que, ao unir a
enzima da luminesc�ncia a um anticorpo - ou seja, a
mol�cula produzida pelo sistema imunol�gico humano
para autoprote��o -, podia diagnosticar uma doen�a.
Isso permitiu aos m�dicos dispensar os marcadores
radioativos que at� ent�o eram usados nesses testes.
"Esse mercado � agora avaliado em 20 bilh�es de
libras (R$ 65 bilh�es). Qualquer um que v� a um
hospital e se submeta a um exame de sangue que me�a
prote�nas virais, prote�nas do c�ncer, horm�nios,
vitaminas, prote�nas de bact�rias, drogas, com
certeza, estar� usando essa t�cnica", afirmou
Campbell � BBC.
"Um departamento universit�rio que n�o recorra a
tais t�cnicas, n�o pode ser considerado atualmente
de ponta."
Problemas de contamina��o
Outras aplica��es do processo ainda est�o sendo
pesquisadas. Na Universidade de Lausanne, na Su��a,
o professor Jan Van der Meer desenvolveu um teste
para detectar a presen�a de ars�nio na �gua pot�vel,
usando para isso uma bact�ria geneticamente
modificada.
A contamina��o por ars�nio nos len��is fre�ticos �
um problema grave em algumas partes do mundo,
especialmente em Bangladesh, na �ndia, no Laos e no
Vietn�.
Os micr�bios de Van der Meer foram concebidos para
emitir luz quando tivessem contato com componentes
em que o ars�nio estivesse presente. O experimento
consistiu em injetar �gua potencialmente contaminada
em frascos, ativando a bact�ria geneticamente
modificada dormente. O ponto em que as bact�rias
emitem luz foi ent�o medido para determinar uma
indica��o das concentra��es da subst�ncia mortal na
�gua.
O trabalho de Van der Meer est� sendo agora
comercializado pela empresa alem� Arsoluz. Segundo
ele, os kits baseados na bact�ria podem ser usados
para amostras m�ltiplas, requerem menos materiais do
que outros kits tradicionais e s�o mais f�ceis de
preparar.
Mas obst�culos regulat�rios ainda impedem o uso
desse tipo de exame nesses pa�ses. Diz Van der Meer:
"No fim das contas, trata-se de raz�es
mercadol�gicas (...) coisas que v�o al�m do seu
trabalho como cientista."
As chamadas prote�nas arco-�ris (um subproduto do
trabalho com a bioluminesc�ncia), que mudam de cor
em resposta a componentes espec�ficos, tamb�m s�o
uma op��o para detectar toxinas, ou potentes agentes
de terrorismo, como o antraz.
Aplica��es pr�ticas
H� in�meras aplica��es para a bioluminesc�ncia: uma
companhia americana recorreu ao processo para
produzir bebidas que brilham para venda em casas
noturnas.
Outros pesquisadores chegaram at� a modificar as
plantas para que possam emitir luz. Assim, elas
podem indicam quando precisam de �gua ou nutrientes,
um sinal de doen�a ou uma infesta��o. No entanto, a
controv�rsia em torno dos alimentos transg�nicos at�
agora fez com que essas ideias n�o al�assem voos
mais altos.
H� alguns anos, uma equipe de estudantes de
gradua��o da Universidade de Cambridge pesquisou a
ideia das �rvores luminescentes que atuam como "lumin�rias"
naturais. Esfor�os anteriores de criar em
laborat�rio plantas que emitem luz se concentraram
em usar o gene luciferase derivado de vaga-lumes.
Mas essas plantas s� podiam produzir luz quando
alimentadas com uma subst�ncia qu�mica cara chamada
luciferina.
O m�todo usado pela equipe de Cambridge, entretanto,
baseou-se em agrupamentos de bact�rias que produzem
seus pr�prios compostos de bioluminesc�ncia e que,
por isso, � mais barato, porque permite �s plantas
se alimentarem de nutrientes normais.
Plantas e �rvores
Em 2010, uma outra equipe de pesquisadores publicou
um estudo em que dizem ter demonstrado que tais
m�todos podem ser usados para criar plantas que
emitem luz sem a necessidade de suplementos qu�micos.
O grupo, formado por cientistas israelenses e
americanos, inseriu genes emissores de luz de uma
bact�ria nos cloroplastos das plantas - as
estruturas em suas c�lulas respons�veis pela
convers�o da energia solar em luz.
Sanderson, que agora trabalha no Instituto Sanger,
perto de Cambridge, disse que o experimento foi uma
escolha acertada, pois os cloroplastos s�o
essencialmente bact�rias que foram incorporadas �s
c�lulas das plantas e, portanto, podem ser
facilmente ativar o gene da bioluminesc�ncia sem a
necessidade de outras altera��es.
Mas os pesquisadores precisar�o ainda encontrar
formas de aumentar a emiss�o de luz de tais
organismos de laborat�rio para que �rvores
geneticamente modificadas possam iluminar
aglomera��es urbanas.
Campbell diz que o potencial das prote�nas
luminescentes na descoberta de novas drogas e na
pesquisa m�dica ainda n�o foi totalmente aproveitado
e, por isso, ele est� atualmente colaborando com um
projeto para usar a subst�ncia luciferase na
investiga��o sobre a doen�a de Alzheimer.
As criaturas bioluminescentes tamb�m podem fornecer
meios para estudar as mudan�as clim�ticas nos
oceanos. Alguns animais obt�m os compostos qu�micos
respons�veis pela emiss�o de luz de outros
organismos dos quais eles se alimentam. Assim, o
estudo das intera��es entre essas esp�cies podem
ajudar os cientistas a detectar altera��es nas
faunas marinhas.
Apesar do impacto no diagn�stico cl�nico e na
pesquisa, Campbell desta que ele s� recebeu uma
�nica doa��o financeira por sua pesquisa sobre a
bioluminesc�ncia. "No entanto, trata-se de um tema
que j� permitiu grandes descobertas na biologia e na
medicina, al�m de ter criado um mercado de bilh�es
de d�lares.
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