5 frases para entender o Nobel de Química

O Prêmio Nobel de Química foi anunciado hoje. Você deve ter ouvido todo o bafafá: 3 cientistas foram vencedores. Metade do prêmio 9 milhões de coroas suecas (uns R$ 4 mi) foram para a engenheira Frances H. Arnold. Os outros 2 milhões vão ser divididos entre o britânico Sir Gregory P. Winter e o americano George P. Smith. 

Se você se interessou pelo assunto, pode até ter ficado sabendo que a Frances Arnold venceu graças ao seus desenvolvimentos de Evolução Dirigida (?). E que os dois senhores dividiram o prêmio por seu trabalho com Exibição de Fagos (???????).

O número de pontos de interrogação é intencional – que diabos, afinal, são essas pesquisas? Respire fundo. Elas são mais fáceis de compreender do que parecem.

Você tem algo parecido com evolução dirigida na sua casa. Uma evolução dirigida, peluda e fofinha.

O próprio Darwin descrevia a evolução como um processo lento que, acumulado por milhões de anos, culmina nas mudanças e diversificações que existem na natureza. E não é mentira: a adaptação das espécies, impulsionada pelas pressões do ambiente, costuma se dar assim, mesmo.

Só que desde os princípios da civilização o ser humano aprendeu a tirar proveito desses mecanismos. E faz isso muito mais rápido que a natureza. Mós cruzamos espécies de plantas mais resistentes (ou mais nutritivas) para ter os melhores produtos possíveis da agricultura. Fazemos o mesmo com gado. E a seleção artificial humana aparece até mesmo nos nossos pets. Ao longo de anos, fomos selecionando os traços mais atraentes em cães e gatos. Nossa atração por focinhos amassados deu origem aos pugs e assim por diante.

Mas pugs não ganham Prêmio Nobel, não é mesmo? É que a seleção artificial não é exatamente a evolução dirigida de Frances Arnold.

A engenheira trabalha de uma forma muito mais parecida com a natureza. Ela cria bactérias com mutações totalmente aleatórias. Conforme as bactérias manifestam traços mais “interessantes”, ela cruza essas bactérias entre si. E repete o processo, de geração em geração, até obter a linhagem de bactéria perfeita. Mas “perfeita” para quê?

Frances Arnold ganhou o Nobel porque a natureza é eficiente (e ela tirou proveito disso)

O corpo de cada ser vivo é uma máquina de fazer reações químicas. Eu, você, a bactéria da pneumonia – todos nós somos máquinas extremamente eficientes. A indústria também precisa gerar reações químicas: para fazer remédios, para fazer combustível, para fazer plástico para o seu iPhone, e por aí vai.

Dentro do nosso corpo, essas reações são facilitadas por proteínas chamadas enzimas. Você já nasce com as instruções completas para produzir todas as enzimas de que vai precisar. O manual onde elas vêm escritas é o seu DNA, e cada gene traz o código para a produção de uma delas.

A indústria não tem esse manual – e precisa apelar para uma variedade gigante de substâncias para facilitar (ou “catalizar”) suas reações químicas. O processo de descobrir o catalizador ideal para as reações do seu remédio, combustível ou plástico costuma ser difícil e custar uma nota. E, além de tudo, algumas das substâncias catalizadoras ideais têm o defeito… de serem tóxicas.

Procurar na natureza um substituto é um dos caminhos para encontrar boas enzimas para a indústria. Mas sai tão caro quanto. Você continua a depender da tentativa e erro.

Mas e se a tentativa e erro pudesse ser mais barata? Muito mais barata? E se no final do processo, você tivesse a enzima perfeita para a sua indústria?

Foi esse o golpe de ouro de Frances Arnold. De novo: o processo da engenheira começava com a inclusão de mutações genéticas aleatórias no seu grupo de bactérias. Essa parte é a etapa da tentativa e erro (que, se você pensar bem, também existe na natureza. Você é fruto de tentativa e erro da espécie humana).

Com o DNA editado, as bactérias começavam a produzir proteínas aleatórias. E Frances analisava quais eram mais parecidas com a enzima que ela estava procurando. Ela selecionava essas bactérias e continuava o cruzamento, sempre guardando as mais eficientes e descartando as mais incompetentes.

As enzimas de Frances chegam a um nível altíssimo de personalização. Digamos, num exemplo bastante ilustrativo, que você queira – e consiga – uma enzima que funcione a 100 ºC. “Puts, mas ela só funciona em água? Seria tão bom se funcionasse em álcool”. Partindo da mutação de temperatura, as bactérias eram direcionadas para adquirir também a capacidade de funcionar em solventes em que suas “tataravós” seriam inúteis.

Se fosse só isso, a aventura continuava cara. O que adianta achar uma bactéria ideal produzindo um tiquinho de enzima que você precisa usar para sua produção industrial inteira?

É por isso que o processo digno de Nobel fazia mais que isso. Depois de analizar e mutar repetidamente as bactérias, Frances Arnold conseguia construir uma versão “superpoderosa” da proteína desejada. Centenas de vezes mais potente que a original. E, por consequência, muito mais barata.

Frances Arnold, em resumo, ganhou o Nobel por “aplicar Darwin a um tubo de ensaio”.

“Exibição de fagos” é um nome horrível para um processo bem bacana.

Lá atrás, em 1985, George Smith estava estudando vírus que atacam bactérias – os bacteriófagos. É daí que vem o “fagos” do Nobel.

Foi Smith que inventou a exibição de fagos, nos anos 80. E por essa invenção, levou 1/4 do Nobel. Ele divide o prêmio com Gregory Winter – mas por incrível que pareça, eles nunca trabalharam juntos. É que a invenção de Smith serviu de base para o projeto de criação de anticorpos de Winter, da qual falaremos daqui a pouco.

Comecemos pelo mais importante: o que raios é exibição de fagos? Tudo começa com Smith e seu estudo de bacteriófagos

Esses seres, como todos os vírus, são bastante simples. Um tiquinho de DNA protegido dentro de uma cápsula proteica. Quando atacam bactérias, forçam suas “hospedeiras” a reproduzir seu próprio DNA, produzir suas próprias proteínas, e assim por diante.

Smith descobriu um fato curioso: que dava para alterar a composição da cápsula dele. Ou seja: você podia manipular geneticamente o vírus, e os resultados das suas mudanças apareciam naquela “casquinha” que o recobria.

Muito bem: Smith decidiu então introduzir novos genes no bacteriófago – ou seja, novas instruções para a produção de proteínas. Dito e feito: após a mudança, o vírus começava a exibir a proteína nova na sua cápsula. Fagos que exibem proteínas, sacou? Nasceu assim a exibição de fagos. Ou phage display, se você quiser o termo original.

Muito bem: uma técnica como essa servia para muita coisa. Se você isolava um gene de qualquer espécie, mas não sabia que tipo de proteína ele codificava, um teste simples era enfiá-lo em um fago e pagar para ver.

Mais que isso, no entanto, você podia fazer diversos testes para criar novos tipos de proteínas “artificiais” ao seu bel prazer.

O bacana é que, caso você precisasse isolar aquela proteína para fazer alguma coisa com ela, era só remover aquele pedacinho da casquinha, como você vê na figura abaixo.

O terceiro vencedor do Nobel fez praticamente o contrário que o anterior.

Quando Smith precisava remover suas proteínas recém-criadas, ele usava anticorpos como “varas de pescar”.

Dentro do seu corpo, anticorpos têm o hábito de ficar se encostando em toda molécula que chega perto. Eles fazem “verificação de identidade” para ter certeza se aquela molécula não faz mal ao corpo. Muitos anticorpos são especializados para detectar ameaças específicas e grudar nelas o máximo possível. George Smith, portanto, manipulava suas varas de pescar para grudar no vírus e arrancar de lá os pedacinhos que ele desejava usar.

Pois bem. Gregory Winter também trabalhava com anticorpos. Só que ao contrário. Ele usava a mesma técnica de Smith para obrigar o vírus a produzir moléculas novas na sua “casquinha”. Mas as moléculas que ele criava eram justamente… anticorpos!

A ideia nesse caso não era usá-los como vara de pescar. E sim como remédios. O projeto de Winter era criar anticorpos personalizados, soldadinhos capazes de combater doenças humanas. E ele fez isso usando o método de Exibição de Fagos de Smith.

O problema é que não basta projetar o anticorpo perfeito. Você precisa saber se ele funciona.

Vamos pensar num exemplo bem ilustrativo: o câncer. Um cientista pode “projetar” um anticorpo que persiga metástases. Para isso, aquele anticorpo precisa saber reconhecer o que são metástases, e se grudar muito bem nelas para não deixá-las escapar.

O que Winter fazia era criar seus anticorpos personalizados nas casquinhas dos vírus. E aí submetê-los a vários testes. No nosso exemplo, ele aproximaria aquele anticorpo de um monte de tumores. E aí verificaria se o soldadinho estava grudando adequadamente no seu alvo. Quanto melhor o teste, melhor o potencial daquele anticorpo para se tornar um remédio.

Fazendo testes após testes, de forma rápida e razoavelmente barata, Winter conseguia entender qual era o melhor tipo de anticorpo personalizado para cada tarefa. E ia “evoluindo” a produção de fagos geneticamente modificados nessa direção.

É isso, no fim das contas, que reúne todas essas pesquisas em um único Prêmio Nobel de Química: o objetivo foi premiar cientistas que “hackearam” a evolução e aprenderam a usar a seleção natural a seu favor – e, bom, ao nosso também.