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Bioinformática

Estruturas sem segredos

Sistema desenvolvido pela Embrapa ajuda a compreender as funções das proteínas

EmbrapaRegião de interface (em vermelho) do complexo entre a enzima tripsina (azul) e um inibidor (amarelo), formação útil para a criação de fármacosEmbrapa

Desvendar a complexa estrutura das proteínas é uma tarefa essencial tanto no estudo dos processos biológicos quanto na indústria farmacêutica e, de forma mais específica, na análise dos resultados pós-seqüenciamento de DNA de qualquer genoma. Para conhecer e interpretar melhor a complexidade dessas moléculas, muitos dos pesquisadores da área já estão usando um conjunto de softwares desenvolvido pelo Núcleo de Bioinformática Estrutural (NBI) da Embrapa Informática Agropecuária, de Campinas, uma das unidades da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária.

O novo conjunto de ferramentas, chamado de Gold Sting Suite (sequence to and within graphics ou seqüência dentro de gráficos-GSS), faz uma análise tridimensional das proteínas que ajuda os pesquisadores a compreender todo o engenhoso funcionamento molecular, incluindo aspectos como a formação de substâncias candidatas aos principais componentes na preparação de novos fármacos e defensivos agrícolas.

“O produto está disponível no Protein Data Bank (PDB), ou Banco de Dados de Proteínas, no San Diego Supercomputer Center (SDSC), o maior banco de dados de estruturas de proteínas do mundo, na Universidade de San Diego, e na Universidade de Columbia, ambas nos Estados Unidos.

Ele está disponível também em laboratórios públicos na Europa, Ásia e América Latina, assim como nos da Embrapa em Campinas e em Brasília”, diz o pesquisador Goran Neshich, líder do NBI. A reunião de todas as informações conhecidas sobre as estruturas das proteínas e o nível de detalhamento em um mesmo aplicativo favoreceram a aceitação mundial do Gold Sting.

O conjunto de programas surgiu da necessidade de integrar as ferramentas de análise dessas estruturas que, antes, exigiam a utilização de vários softwares para as análises moleculares. Totalmente baseado em estudos biológicos disponíveis em bancos de dados públicos, o sistema da Embrapa é diferente dos demais direcionados a esse tipo de pesquisa por possibilitar a coleta detalhada de informações sobre a seqüência e a estrutura das proteínas, a natureza dos contatos atômicos entre os aminoácidos, além de informações sobrecavidades e superfícies da proteína e suas ligações. De acordo com Goran, são realizados por dia, pela Internet, entre 2 mil e 5 mil acessos ao aplicativo.

Com o software e o banco de dados, os pesquisadores podem analisar, por exemplo, o funcionamento de atividades específicas de cada aminoácido nas proteínas. Essa análise, com todos os parâmetros atribuídos a eles, permite a aplicação do conhecimento obtido em sistemas que necessitam de dados experimentais.

Na prática, isso significa que é possível aumentar ou diminuir a atividade de uma proteína, inclusive eliminando ações danosas ao organismo, como por exemplo irritações na pele ou qualquer outro efeito colateral do coquetel de proteases (componentes dos medicamentos) contra o vírus HIV.

Dados e parâmetros
Atualmente, grande parte das pesquisas em biologia molecular envolve a estrutura das proteínas porque os pesquisadores buscam conhecer suas funções e como elas podem ser modificadas. A versão mais recente do conjunto de softwares funciona, simultaneamente, como interface para a visualização de todas as informações demonstradas pelo sistema e como banco de dados das características das estruturas das proteínas.

“O NBI é o único laboratório em âmbito mundial a oferecer produtos desse tipo. São 125 diferentes parâmetros que descrevem cada aminoácido dentro de uma estrutura protéica”, diz o pesquisador. O trabalho de pesquisa no NBI recebeu mais de R$ 2,8 milhões em investimentos, incluindo a participação da FAPESP, da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). As pesquisas no laboratório de Campinas envolvem estruturas protéicas de animais e de vegetais e representam um potencial de mercado mundial estimado por uma consultoria norte-americana em US$ 3 milhões.

“Não comercializamos o software porque ele se insere na troca de informações entre pesquisadores de entidades públicas internacionais. O software é público porque os dados utilizados também são públicos”, esclarece. Desde 1998, já foram feitos mais de 12 milhões de acessos mundiais aos aplicativos do Gold Sting e das suas versões anteriores. As empresas do setor farmacêutico também utilizam o produto, mas apenas para treinamento e avaliação de potencialidades do próprio software e do banco de dados.

“Embora tenham grande interesse nas pesquisas, as empresas não as fazem por vias públicas, para não correrem o risco de ter seus estudos privados conhecidos publicamente. Por isso, a melhor opção para elas seria a aquisição do software para trabalhar em seus próprios computadores, fora da rede pública”, conclui.

Novas versões
Com equipamentos de última geração, os dados colhidos pelo NBI são processados, calculados e armazenados, antes de serem disponibilizados. Para isso, o núcleo conta com seis pesquisadores permanentes em um grupo multidisciplinar formado por um matemático, dois engenheiros elétricos com especialização em software, uma física especializada em cristalografia de proteínas, um bioinformata e um biofísico. Eles têm como perspectiva novas atualizações do software em 2005, com o lançamento da versão Diamond Sting, e em 2006, com a Star Sting. Nesse ponto, o NBI deverá finalizar a criação de interfaces de softwares, voltando-se para o gerenciamento de informações, análises e agrupamento de dados.

Ainda que comparativamente menores em relação às dos grandes centros mundiais de bioinformática, as pesquisas brasileiras nessa área têm crescido de forma considerável, tanto que o país foi escolhido para sediar, em 2006, a 14ª Conferência Internacional de Sistemas Inteligentes em Biologia Molecular, organizada pela International Society for Computational Biology e que pela primeira vez sairá do eixo Europa-Estados Unidos.

Goran aposta no impacto que a discussão com pesquisadores internacionais trará às pesquisas brasileiras (mais informações no site: http://www.iscb.org/ismb_2006). Para isso, está sendo articulada a criação da Sociedade Brasileira de Bioinformática e Biologia Computacional para congregar os pesquisadores em nível nacional. A intenção também é fortalecer o Gold Sting até 2006, possibilitando que o produto seja cada vez mais utilizado.

O Projeto
Criação de um centro para a pesquisa e oferta de serviços em bioinformática (CB) (nº 01/08895-0); Modalidade Linha Regular de Auxílio à Pesquisa; Coordenador Goran Neshich – Embrapa Informática; Investimento R$ 185.731,72 e US$ 285.741,10 (Projeto FAPESP), R$ 488.669,03 (CNPq), R$ 762.884,16 (Finep)