Nas últimas décadas, muito da pesquisa científica se voltou para o sonho expresso por Richard Feynman*, em 1959, de manipular e controlar a matéria em escala atômica e molecular. Atingir o limite máximo na investigação de moléculas e de átomos individuais e, posteriormente, modificar o seu comportamento, tem sido não só um sonho mas o objetivo principal de muitos investigadores.
Já o avanço da microscopia óptica, nos últimos anos, permitiu a detecção de moléculas isoladas em ambientes complexos da matéria condensada. A técnica óptica permite desvendar efeitos únicos encobertos pelas médias, quando se mede um número grande de moléculas (maior que 10^15 moléculas) pela microscopia convencional.
A medição de uma molécula isolada tem permitido a observação de novos efeitos e medições diretas de flutuações das propriedades moleculares. Os experimentos abrem novos rumos na espectroscopia molecular, óptica quântica, dinâmica molecular no estado sólido e uma gama crescente de problemas biofísicos que podem ser entendidos a partir de observações diretas de uma única molécula.
Com o auxílio de um microscópio óptico confocal, os pesquisadores têm a possibilidade de analisar tudo o que acontece no interior de um volume extremamente pequeno, de aproximadamente 1 femptolitros (10^-15 litros) – matéria, solução, etc. -, podendo detectar, por exemplo, o trânsito de uma única proteína dentro de uma célula viva e, a partir dessa observação, extrair inúmeras informações. A técnica permite medir diretamente moléculas em meio liquido, com concentrações da ordem de 10^-11 mol/L.
Recentemente, o pesquisador do IFSC, Prof. Dr. Francisco Eduardo Gontijo Guimarães, conseguiu algo verdadeiramente importante: aproveitando as potencialidades do referido microscópio, conseguiu implementar técnica que permite detectar uma única molécula, medir os fótons emitidos por ela e, a partir da correlação desses fótons, obter propriedades dessa mesma molécula.
Na correlação feita por Francisco Guimarães foi possível obter informações sobre quanto tempo é que essa molécula permaneceu no volume microscópico e, a partir dele, obter o quociente de difusão dela e inferir sua geometria molecular: Estudar as propriedades de eventos isolados, como o rastreamento e a difusão de biomoléculas (proteínas e enzimas) na membrana e no interior das células, oferece grandes vantagens sobre medidas macroscópicas que refletem apenas uma média de uma propriedade física. Estas informações são cruciais quando o sistema é heterogêneo, como os biológicos e os poliméricos. Acompanhar, em tempo real, os fenômenos e processos, no nível celular e tecidual, é extremamente relevante para o entendimento de processos envolvidos em um diagnóstico óptico, por exemplo, refere Guimarães.
Para o pesquisador, isso é algo fabuloso, já que é a primeira vez que se consegue isolar uma única molécula emissora de luz para estudo no IFSC-USP, sendo certo que, no Brasil, poucos pesquisadores podem ter atingido esse estágio. A pesquisa vem sendo feita pelo aluno de doutorado Fernando Tsutae.
A técnica utilizada (Espectroscopia de Fluorescência de Correlação) já tem dez anos, mas este novo método vem apurar todo o conceito, desenvolvendo uma técnica que permitirá, por exemplo, na área das terapias fotodinâmicas, inserir drogas cujos alvos sejam células cancerígenas. Ao injetar uma droga dentro de uma determinada célula, através deste novo método consegue-se ver nitidamente a introdução dela na membrana celular, bem como a forma como a droga se difunde em qualquer ponto, o tempo que ela leva a chegar ao alvo e o caminho que ela percorre. Poder dominar a emissão de uma única molécula é algo verdadeiramente fantástico, até porque conseguiremos obter informações até agora “escondidas”, e não uma média de um conjunto muito vasto de moléculas, como fazíamos até agora, enfatiza o pesquisador.
Atualmente, Francisco Guimarães colabora com a Profa. Ana Paula Ulian de Araujo e sua aluna Heline Hellen Teixeira Moreira no estudo da interação e diferenciação de proteínas em células de mamíferos.
*Renomado físico norte-americano do século XX, um dos pioneiros da eletrodinâmica quântica e Prémio Nobel da Física em 1965. O cientista nasceu em Nova Iorque, em 11 de maio de 1918 e faleceu em Los Angeles, no dia 15 de fevereiro de 1988.
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