André Godoy e Aline Nakamura posicionam cristal de proteína de SARS-CoV-2 para análise no Sirius
Proteína pouco entendida do vírus SARS-Cov-2 é um dos alvos do estudo da equipe da Universidade de São Paulo (USP) no acelerador síncrotron do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM)
Em resposta à pandemia, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), antecipou a abertura da primeira estação de pesquisa do Sirius para apoiar pesquisas relacionadas à Covid-19. Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos, da USP, foram os primeiros usuários da maior e mais complexa infraestrutura científica do País.
Dois jovens pesquisadores do grupo de São Carlos chegaram ao CNPEM em 1º de setembro. Na bagagem, trouxeram mais de 200 cristais de proteínas do vírus SARS-CoV-2 para analisar na estação de pesquisa Manacá. Sirius vai ajudá-los a elucidar a estrutura molecular dessas proteínas, que são fundamentais para o ciclo de vida do vírus, além de permitir a identificação de moléculas que se ligam a essas proteínas e podem dar origem a novos medicamentos.
O trabalho dos pesquisadores da USP começou assim que a emergência sanitária mundial foi anunciada, no início do ano. Antes da abertura em caráter excepcional da primeira estação de pesquisa do Sirius, o grupo realizou experimentos em fontes de luz síncrotron da Inglaterra e da Suécia, de maneira remota.
“Para buscarmos ligantes que podem se conectar às proteínas do vírus, inibindo a sua atividade, precisamos de uma fonte de luz síncrotron. Neste sentido, o Sirius passa a ser um “salto quântico” para a comunidade de cristalografia brasileira”, explica o coordenador da pesquisa, Prof. Glaucius Oliva, um dos pioneiros da área no Brasil.
Oliva está em São Carlos, assim como a maior parte de seu grupo. No Sirius, os pesquisadores André Godoy e Aline Nakamura são os responsáveis pelas coletas de dados. Embora a estação de pesquisa Manacá esteja na chamada fase de comissionamento científico, na qual experimentos são realizados para testar a infraestrutura, a possibilidade de fazer os experimentos no País empolga os pesquisadores.
“O Sirius superou minhas expectativas. Ter uma máquina dessas aqui e fazer análises dessa complexidade é uma conquista para o País. “O que você conseguia fazer em horas [no antigo acelerador de eletróns do CNPEM], agora você faz em minutos. Isso torna a técnica escalonável do ponto de vista de quantas amostras você consegue analisar, e permite fazer novas técnicas”, celebra André Godoy, pesquisador com dez anos de experiência em análises realizadas em fontes de luz síncrotrons espalhadas pelo mundo.
Sirius: o começo de um futuro brilhante
Apesar dos primeiros experimentos com SARS-CoV-2, Sirius ainda é um projeto em andamento. “A Manacá é a primeira linha de luz a entrar em comissionamento científico, e que foi aberta antecipadamente em resposta emergencial à pandemia. Até o final deste ano, a expectativa é finalizarmos a montagem de mais cinco estações de pesquisa. A depender de recursos orçamentários, devemos entregar 14 linhas de luz até o final de 2021. Estamos diante de um marco importante do Projeto, atendendo os primeiros usuários, mas ainda há muito trabalho a ser feito. A própria Manacá receberá melhorias, como recursos de automação”, pondera Harry Westfahl Jr., Diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), do CNPEM, e responsável pelo desenvolvimento e construção das linhas de luz do Sirius.
Embora a fase inicial do projeto contemple 14 linhas de luz, Sirius poderá comportar até 38 estações de pesquisa, otimizadas para experimentos diversos, que poderão ser realizados simultaneamente, para atender pesquisas nas mais diversas áreas, como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.
“Temos muito trabalho pela frente, mas cada avanço do Sirius reforça que temos competência para lançar a ciência e a tecnologia do País a um novo patamar. A comunidade científica brasileira faz um ótimo trabalho e nós atuamos para apoiá-la, oferecendo condições de pesquisa inéditas no País. Estamos montando uma máquina para ser competitiva internacionalmente, projetada por brasileiros e construída em parceria com a indústria nacional. Trabalhamos para que o Sirius seja motivo de orgulho para o País”, afirma Antonio José Roque da Silva, Diretor-Geral do CNPEM e do Projeto Sirius.
Ao saber do mais novo avanço do Sirius o Ministro da Ciência, Tecnologia e Inovações, Marcos Pontes celebrou: “Sirius é um equipamento fantástico que todos deveriam conhecer. Admirável por cientistas e também por quem não é da área, o Projeto é um legado científico para o Brasil e para o planeta. Um ótimo exemplo da importância de termos equipes capacitadas no País para a produção de conhecimento”.
Trabalhos na quarentena
No início do ano, quando despontou a crise de saúde pública global, enquanto as equipes do CNPEM, com número reduzido de pessoas e jornadas especiais de trabalho, corriam para disponibilizar antecipadamente a linha de luz Manacá para pesquisas com SARS-Cov-2, o grupo do Instituto de Física de São Carlos conseguiu autorização para manter as atividades, enquanto a maioria dos laboratórios da USP estava fechada.
“Cristalizar proteínas é sempre um grande desafio. A técnica exige muitas etapas, todas limitantes. Trabalhar na pandemia é particularmente complexo. Mantivemos quatro pessoas trabalhando e elas assumiram uma vida totalmente espartana para se dedicar à pesquisa”, explica Glaucius Oliva, líder do Centro de Pesquisa e Inovação em Biodiversidade e Fármacos e financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) em São Carlos.
Os esforçam renderam resultados. O grupo obteve mais de 200 cristais de proteínas do vírus para analisar no Sirius. Ao chegarem ao CNPEM, do lado de fora dos recipientes utilizados para transportar os cristais, os pesquisadores escalados para coletar os dados no Sirius exibiam as fotos dos colegas de trabalho que não vieram à Campinas.
Pesquisadores da USP na chegada ao Sirius exibem fotos dos colaboradores que ficaram em São Carlos
Embora não estejam no CNPEM, os demais integrantes do grupo têm bastante trabalho a fazer. “O pessoal que ficou em São Carlos não cansa de receber coisas, a gente está mandando dados pra eles começarem a trabalhar nas proteínas, pra adiantar o processo”, explica Godoy.
Estratégia ‘Fragment Screening’
O objetivo dos pesquisadores da USP é revelar detalhes da forma de proteínas não estruturais (NSP) do SARS-Cov-2 e compreender os mecanismos de ligação delas a substratos que podem inibir suas atividades, interferindo no ciclo de vida do vírus e dando origem a novos medicamentos antivirais de ação direta.
Uma das estratégias do grupo é usar uma técnica conhecida como ‘fragment screening’ (triagem de fragmentos), onde se usa altas concentrações de pequenas partes de moléculas de fármacos para identificar, tanto pela forma quanto pelas propriedades químicas, novos potenciais pontos de ligação de alta afinididade na intrincada estrutura das proteínas.
Dentre as proteínas estudadas pela USP, uma delas, a endoribonuclease viral NSP-15, tem funções ainda não totalmente compreendidas pela ciência. Uma das hipóteses é que ela seja usada para driblar o sistema imune das células.
Outras proteínas de interesse na pesquisa são a NSP-3 e NSP-5, esta última também conhecida como a principal protease do SARS-Cov-2. Ambas têm importante papel na replicação e transcrição do material genético do vírus.
Os dados coletados no Sirius permitem identificar o posicionamento exato de cada átomo da proteína e assim verificar em quais pontos se ligaram os complexos de fragmentos. Os resultados apoiarão o desenvolvimento de novas moléculas que podem vir a ser um novo fármaco para a COVID-19.
Sobre o Sirius
Financiado pelo MCTI, o Sirius é uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo. Este grande equipamento científico possui em seu núcleo um acelerador de elétrons de última geração, que gera um tipo de luz capaz de revelar a microestrutura de materiais orgânicos e inorgânicos. Essas análises são realizadas em estações de pesquisa, chamadas linhas de luz. O Sirius irá comportar diversas linhas de luz, otimizadas para experimentos diversos, e que funcionarão de forma independente entre si, permitindo que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente, em diferentes pesquisas nas mais diversas áreas, como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.
As diferentes técnicas experimentais disponíveis nas linhas de luz do Sirius permitirão observar aspectos microscópicos dos materiais, como os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo. Em uma linha de luz é possível acompanhar também como essas características microscópicas são alteradas quando o material é submetido a diversas condições, como temperaturas elevadas, tensão mecânica, pressão, campos elétricos ou magnéticos, ambientes corrosivos, entre outras. Essa capacidade é uma das principais vantagens das fontes de luz síncrotron, quando comparadas a outras técnicas experimentais de alta resolução.
As linhas de luz do Sirius são instrumentos científicos avançados, projetados para solucionar problemas em áreas estratégicas para o desenvolvimento do País. Inicialmente, um conjunto de 14 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas científicos. Ao todo, Sirius poderá abrigar até 38 linhas de luz.
Sobre o CNPEM
Ambiente de pesquisa e desenvolvimento sofisticado e efervescente, único no País e presente em poucos polos científicos no mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações (MCTI). O Centro opera quatro Laboratórios Nacionais e é berço do mais complexo projeto da ciência brasileira – o Sirius – uma das mais avançadas fontes de luz síncrotron do mundo. O CNPEM reúne equipes multitemáticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais mundialmente competitivas e abertas à comunidade científica, linhas de pesquisa em áreas estratégicas, projetos inovadores em parcerias com o setor produtivo e ações de treinamento para pesquisadores e estudantes. O Centro constitui um ambiente movido pela busca de soluções com impacto nas áreas de saúde, energia, meio ambiente, novos materiais, entre outras. As competências singulares e complementares presentes no CNPEM impulsionam pesquisas e desenvolvimentos nas áreas de luz síncrotron; engenharia de aceleradores; descoberta de novos medicamentos, inclusive a partir de espécies vegetais da biodiversidade brasileira; mecanismos moleculares envolvidos no surgimento e na progressão do câncer, doenças cardíacas e do neurodesenvolvimento; nanopartículas funcionalizadas para combate de bactérias, vírus, câncer; novos sensores e dispositivos nanoestruturados para os setores de óleo e gás e saúde; soluções biotecnológicas para o desenvolvimento sustentável de biocombustíveis avançados, bioquímicos e biomateriais.
(Por: Maria Livia Conceição Gonçalves – CNPEM)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
Charge transport in conjugated polymers and the importance of order, from atomic to local to mesoscale foi o título do colóquio apresentado pelo IFSC/USP, no passado dia 04 de setembro de 2020, inserido na iniciativa Colloquium diei, com a participação do Prof. Dr. Alberto Salleo, docente e pesquisador da Stanford University (EUA).
