Projeto vai investigar proteínas produzidas a partir de cerca de 200 milhões de genes

Em média, no corpo de qualquer pessoa, há cerca de dez vezes mais micro-organismos do que células humanas. Já em amostras ambientais, como porções do solo ou da água, há certamente cem vezes mais diversidade biológica do que é possível detectar através de cultivos em laboratório. Os números dão uma ideia da quantidade de formas de vida microscópicas existentes no planeta. Também apontam para o imenso potencial de descobertas no projeto ‘Desvendando Mistérios de Genomas’, que vai investigar as proteínas produzidas a partir de cerca de 200 milhões de genes, com foco especial em bactérias, fungos, protozoários e outros micro-organismos. Parceria entre a Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) e a Universidade de New South Wales (UNSW), na Austrália, a pesquisa será realizada com a ajuda de uma rede de computadores desenvolvida pela IBM, que conta com a colaboração de milhares de voluntários.

“Decifrando o genoma de micro-organismos, podemos descobrir proteínas e vias bioquímicas que podem conduzir ao desenvolvimento de novos medicamentos, métodos diagnósticos e vacinas, mas também biocombustíveis e produtos industriais, como bioplásticos”, afirma Wim Degrave, pesquisador do Laboratório de Genômica Funcional e Bioinformática do Instituto Oswaldo Cruz (IOC/Fiocruz) e um dos líderes do estudo. Além de cientistas do IOC/Fiocruz, também participam do projeto pesquisadores do Instituto Carlos Chagas (Fiocruz-Paraná) e do Centro de Pesquisas René Rachou (Fiocruz-Minas).

Desde a semana passada, o projeto está hospedado na plataforma World Community Grid, que opera como um supercomputador virtual. Desenvolvido pela IBM, o sistema disponibiliza para pesquisas o tempo ocioso de computadores, smartphones e tablets de 650 mil pessoas e de 420 organizações de 80 países que aderiram voluntariamente à plataforma. O resultado é a soma da capacidade de processamento de 2,3 milhões de dispositivos, o que acelera os estudos. “Se fosse realizado em um computador comum, nosso projeto precisaria de 40 mil anos para ser concluído. No World Community Grid, esperamos realizar toda a análise em, no máximo, 12 meses”, diz o pesquisador.

Multiplicação de genomas

A capacidade do sistema computacional é fundamental para o projeto por causa do volume de dados que será analisado. Em 2006, uma primeira versão da pesquisa foi realizada pela Fiocruz com o apoio do World Community Grid para investigar os genomas de 300 espécies, incluindo desde o ser humano até bactérias e vírus. Já na atual edição do estudo, o total de genomas analisados passou para cerca de cem mil, sendo a maioria de micro-organismos. Segundo Wim, o principal motivo para este aumento é a evolução das tecnologias de sequenciamento do DNA. Para se ter uma ideia, o Projeto Genoma Humano, concluído em 2003, levou 13 anos para decodificar pela primeira vez o material genético de uma pessoa. Hoje, esse procedimento pode ser concluído em uma semana. A facilidade é a mesma para estudar qualquer espécie.

No caso dos micro-organismos, os avanços da genética levaram ainda à descoberta de novas espécies. “Quando os cientistas começaram a buscar fragmentos de DNA em amostras da natureza, como o solo ou a água, descobriram uma quantidade muito maior de micro-organismos do que aquela que pode ser identificada pelas técnicas tradicionais, como a cultura de bactérias”, conta o pesquisador.

Considerando que o material genético funciona como um código para orientar a produção de proteínas – moléculas que compõem a estrutura dos seres vivos – sequenciar o DNA é só apenas a primeira parte do desafio para decifrar o genoma. Depois de descobrir a sequência genética, os cientistas precisam interpretar o código que ela contém, isto é, identificar quais proteínas são produzidas e que papel elas desempenham nos organismos. “Para a maioria dos micro-organismos, mais da metade do material genético decodificado ainda tem função desconhecida. A partir da sequência do DNA, é possível projetar quais são as proteínas hipotéticas que devem ser produzidas, mas não se pode estabelecer isso com certeza ou conhecer as funções destas moléculas”, ressalta Wim.

Uma das formas mais rápidas para tentar desvendar o papel dos genes é comparar as sequências de DNA recém decodificadas com outras cuja função já é conhecida. A ideia é que sequências parecidas costumam produzir proteínas com estrutura e funções semelhantes. Na teoria, a atividade parece simples, mas tratando-se de cerca de 200 milhões de genes é preciso fazer 20 quadrilhões de comparações para concluir o projeto. É por isso que a computação massiva do World Community Grid é tão importante para a pesquisa.

“Na área da saúde, podemos ter muitas aplicações deste estudo. Por exemplo, buscamos identificar proteínas de patógenos que tenham estruturas diferentes daquelas dos seres humanos. Assim poderemos desenvolver inibidores específicos, que atuem apenas sobre os micro-organismos que queremos combater. Também podemos conhecer novas substâncias produzidas por micro-organismos, que podem ter propriedades interessantes para criar medicamentos”, enumera Wim.

Como participar

Qualquer pessoa com um computador, tablet ou smartphone pode colaborar com o World Community Grid. Para isso, é preciso acessar o site da plataforma (clique aqui), se registrar e baixar um aplicativo, que será ativado quando o dispositivo estiver ligado, mas não em uso. O participante pode escolher com quais pesquisas deseja colaborar ou contribuir com todos os projetos em andamento. Também pode se registrar em um grupo, como o ‘Fiocruz-Brasil’. Os resultados do projeto ‘Desvendando Mistérios de Genomas’ serão disponibilizados ao final da pesquisa em uma plataforma aberta. “Na Fiocruz, nosso foco são as aplicações na saúde, mas são possíveis muitos desdobramentos desta pesquisa em temas como bioenergia e até na indústria. Vamos desenvolver uma interface para apresentar os resultados do projeto a qualquer pesquisador que deseje desenvolver estudos a partir deles”, declara Wim.