Science Tips

Science Tips 97 – Transmitir à geração seguinte graças ao Perach

(da esquerda para a direita) Ra’anan Parpari e Emanuel (Emil) Eiden

Transmitir à geração seguinte graças ao Perach

Ao escrever sua tese de doutorado, Emil (Emanuel) Eidin, um estudante do Departamento de Ensino de Ciências do Instituto Weizmann de Ciência, começou a pensar nas pessoas que ele gostaria de agradecer na seção de agradecimentos, na parte final da tese. Ele decidiu que algumas das pessoas a quem agradecer seriam os mentores do Perach que o ajudaram quando era criança. Perach é um programa nacional de orientação estabelecido há mais de 40 anos no Instituto Weizmann, no qual estudantes universitários orientam individualmente as crianças desfavorecidas ou com dificuldades escolares. Eidin não se lembrava dos sobrenomes dos mentores que haviam trabalhado com ele, então enviou um e-mail para os escritórios do Perach na esperança de que alguém encontrasse seus antigos mentores.

O e-mail foi publicado no Facebook, onde se tornou viral. E a equipe do Perach encontrou Ra’anan Parpari, o mentor que Eidin lembra de lhe ter mostrado novos mundos ao dar-lhe um livro.

O livro foi Hobbit, de J.R.R. Tolkien, que apresentou o mundo da fantasia ao garoto solitário. Os dois começaram a se comunicar pelo Facebook e acabaram se encontrando pessoalmente.

“Nossa esperança é que os professores que lerem a nossa história se sintam inclinados a olhar para os seus alunos de uma maneira um pouco diferente”

Na escola primária, Eidin era uma “criança problemática”, cujas notas eram entre médias a baixas. A reunião foi emotiva: Eidin contou a Parpari o quanto sua ajuda e apoio significaram para ele. “Eu vivia num mundo de LEGO, música e livros de Sherlock Holmes”, declarou. “Mas na escola, se suas notas não são boas o suficiente, então você não é bom o suficiente. Parpari conseguiu me enxergar, e ver uma pessoa além das minhas notas. E a porta que ele abriu para mim no mundo da fantasia realmente influenciou na minha decisão de entrar para a ciência.” Parpari se lembra de Emil como uma criança simpática e educada, que se sentia isolada. Ele ajudava com a lição de casa, mas eles também jogavam jogos de fantasia juntos, conversavam e saíam para caminhar.

Quando Eidin estava na faculdade, ele voltou ao Perach, desta vez para trabalhar como mentor. “Nossa esperança”, dizem ambos, “é que os professores que lerem a nossa história se sintam inclinados a olhar para os seus alunos de uma maneira um pouco diferente, e que mais alunos universitários se sintam inspirados a se juntar ao Perach. Foi por isso que concordamos em contar a nossa história.”

Science Tips 97 – O corpo sabe melhor: um mecanismo de cura natural para doença inflamatória intestinal

O corpo sabe melhor: um mecanismo de cura natural para doença inflamatória intestinal

As constatações sugerem que aumentar os sinais em algumas células e não em outras poderá inclusive ajudar no tratamento do câncer do cólon

Tratar doenças inflamatórias do intestino é extremamente desafiador: tanto os genes quanto os micróbios intestinais e a função imunológica interrompida contribuem para isso. Investigadores do Instituto Weizmann de Ciência estão propondo uma maneira de contornar essa complexidade. Num estudo com camundongos, publicado na revista científica Cell Reports, eles descobriram uma maneira de desencadear um mecanismo de defesa natural que estimula o próprio corpo a aliviar a inflamação intestinal.

O estudo, conduzido pela veterinária Dra. Noa Stettner, que também é aluna de doutorado no laboratório da Dra. Ayelet Erez no Departamento de Regulação Biológica (Biological Regulation Department), concentrou-se no óxido nítrico (nitric oxide, NO), uma molécula sinalizadora envolvida em diversos processos biológicos. Há muito que os cientistas tentam determinar qual papel que o NO desempenha em condições inflamatórias como a doença de Crohn e a colite ulcerativa, mas o NO aliviou a inflamação intestinal em algumas circunstâncias e promoveu-a em outras.

Corte transversal do revestimento interior de um intestino humano adjacente a um tumor cancerígeno. A enzima ASL (vermelha-acastanhada), que ajuda a fabricar o óxido nítrico, encontra-se acumulada em quantidades excepcionalmente altas nas células do revestimento, provavelmente numa tentativa de aliviar a inflamação que Tocorre frequentemente no intestino de pacientes com câncer do cólon

Corte transversal do revestimento interior de um intestino humano adjacente a um tumor cancerígeno. A enzima ASL (vermelha-acastanhada), que ajuda a fabricar o óxido nítrico, encontra-se acumulada em quantidades excepcionalmente altas nas células do revestimento, provavelmente numa tentativa de aliviar a inflamação que Tocorre frequentemente no intestino de pacientes com câncer do cólon

Os investigadores do Weizmann avançaram a hipótese de que as constatações paradoxais poderiam surgir porque o NO afeta de maneira distinta diferentes tipos de células no intestino. Eles manipularam geneticamente camundongos para bloquear a produção de NO exclusivamente em tipos de células específicos: nas células que compõem o revestimento interno do intestino ou nas células do sistema imunológico. Foi constatado que os sintomas de uma doença semelhante à colite pioraram quando a síntese de NO foi bloqueada nas células do intestino; mas melhoraram quando o NO foi bloqueado nas células do sistema imunológico, particularmente em grandes células chamadas macrófagos.

Os cientistas concluíram que, se as doenças inflamatórias intestinais forem tratadas através do aumento dos níveis de NO, isso pode causar efeitos colaterais nas células fora do revestimento intestinal. Stettner, com a ajuda de colaboradores do Instituto Weizmann e de outras instituições, decidiu desenvolver um método para aumentar a produção de NO apenas nas células do revestimento intestinal.

Tomaram como base a descoberta anterior de Erez de que uma enzima chamada ASL é responsável pela produção do aminoácido arginina, a matéria-prima a partir da qual o corpo fabrica o NO. Os investigadores se concentraram em duas substâncias naturais: a fisetina, existente em maçãs, caquis e morangos, que aumentam os níveis da ASL, e a citrulina, existentes na melancia, beterraba e no espinafre, que aumentam a atividade da ASL.

Os dois suplementos, quando administrados em conjunto, promoveram a produção de NO exclusivamente nas células do revestimento interno do intestino. O mais importante foi que, em camundongos, os sintomas de uma doença inflamatória no intestino melhoraram significativamente.

O tratamento também teve um efeito benéfico no câncer do cólon, que é conhecido por agravar em caso de inflamação do intestino. Em camundongos com tumores do cólon, a inflamação intestinal atenuou, e os tumores reduziram em número e tamanho após a administração dos suplementos.

Se esta abordagem for capaz de aumentar os níveis de NO nas células do revestimento interno em humanos, poderá ajudar no tratamento de doenças intestinais inflamatórias − e, potencialmente, inclusive do câncer do cólon. O fato de a abordagem usar suplementos nutricionais de venda livre deverá facilitar a sua implementação.

Os colaboradores desta pesquisa incluíram: Julia Frug, Dr. Alon Silberman, Dra. Alona Sarver e Dra. Narin N. Carmel-Neiderman do Departamento de Regulação Biológica; Dra. Chava Rosen, Dra. Biana Bernshtein, Dra. Shiri Gur-Cohen, Dra. Meirav Pevsner- Fischer, Dr. Niv Zmora e Prof. Steffen Jung do Departamento de Imunologia; Dra. Raya Eilam, Dra. Inbal Biton e Prof. Alon Harmelin do Departamento de Recursos Veterinários; Dr. Alexander Brandis do Departamento de Ciências da Vida; Dra. Keren Bahar Halpern do Departamento de Biologia Celular e Molecular; Dr. Ram Mazkereth, da Universidade de Tel Aviv; Dr. Diego di Bernardo e Dr. Nicola Brunetti-Pierri da Universidade Federico II em Nápoles, Itália; Dra. Gillian Dank, da Universidade Hebraica de Jerusalém; e Dr. Murali Premkumar e Dr. Sandesh C.S. Nagamani, do Baylor College of Medicine em Houston, Texas.

A pesquisa da Dra. Ayelet Erez é apoiada pela Fundação Adelis; Fundação Rising Tide; o Fundo da Família Comisaroff; Fundo Irving B. Harris para novas direções em pesquisas sobre o cérebro; e o Conselho Europeu de Investigação. A Dra. Erez é a encarregada da Cadeira de Desenvolvimento Profissional Leah Omenn.

Leia mais: Induction of Nitric-Oxide Metabolism in Enterocytes Alleviates Colitis and Inflammation-Associated Colon Cancer

Science Tips 96 – Treinamento em Altitude para Células de Combate ao Câncer

Treinamento em Altitude para Células de Combate ao Câncer

A falta de oxigênio pode fortalecer a imunidade mediada por células T na imunoterapia do câncer.

Alpinistas e fundistas não são os únicos que beneficiam do treinamento em altitude – ou seja, a aprendizagem para manter um bom desempenho sob condições de escassez de oxigênio. No final das contas, constata-se que as células de combate ao câncer em um sistema imunológico também podem melhorar seu desempenho por meio de uma versão intracelular dessa escassez. Em um estudo publicado na revista Cell Reports, pesquisadores do Instituto Weizmann de Ciências demonstraram que as células T-assassinas, encontradas no sistema imunológico, destroem tumores cancerígenos com muito mais eficácia se forem deprivadas de oxigênio.

O preparo do sistema imunológico para lutar contra a doença – uma abordagem conhecida como imunoterapia do câncer – já começou a salvar vidas de pacientes com câncer nos últimos anos. Em uma importante versão dessa abordagem, as células T-assassinas são removidas do sangue do paciente e cultivadas em um recipiente de laboratório, adaptado para a identificação e destruição de células cancerígenas; em seguida, são devolvidas à corrente sanguínea do paciente. Esse método tem dado mais certo até ao momento contra determinados tipos de leucemias e linfomas, mas não contra tumores sólidos, possivelmente porque nesse tipo de tumor, a concentração de oxigênio é muito baixa: 0,5% a 5% do gás dissolvido no fluido extracelular – volume inferior ao da maioria dos órgãos sadios, e certamente muito inferior aos níveis de uma incubadora comum de laboratório, em que o oxigênio representa 20% dos gases dissolvidos no fluido utilizado na cultura das células.

As células dos tumores são capazes de processar glicose, o principal combustível
celular, mesmo com baixa concentração de oxigênio. Mas as células T têm dificuldade de penetrar em tumores e executarem sua função assassina. Estudos anteriores demonstraram que as células T que se desenvolvem sob condições de escassez de oxigênio ajudam a exterminar outras células nos recipientes laboratoriais, mas sua capacidade real de combater o câncer nunca foi testada.

“As células T-assassinas são responsáveis por destruir as células cancerígenas, mas nem sempre conseguem eliminar o mal” – disse o líder da equipe, Prof. Guy Shakhar, do Departamento de Imunologia do Instituto Weizmann. “Demonstramos que o desenvolvimento dessas células T em ambiente de escassez de oxigênio permite transformá-las em assassinas mais eficazes”.

Tecido de tumor canceroso visto no microscópio: As células T crescem sob condições de baixo
nível de oxigênio (área verde) e células T regulares (área roxa) apresentam padrões de distribuição semelhantes aos dos vasos sanguíneos (área vermelha) à Direita: O teor de granzima B, uma enzima exterminadora de células (área vermelha) é muito mais alto nas células T desenvolvidas com escassez de oxigênio (área superior) do que nas células T normais (área inferior)

No novo estudo, a estudante de pesquisa Yael Gropper e Revital Zehavi-Feferman, de equipe de Shakhar, em conjunto com os Drs. Tomer Meir Salame e Ziv Porat, do Núcleo de Ciências Naturais do Instituto Weizmann, e a Drª Tali Shalit, do Centro Nacional Israelense Stephen e Nancy Grand de Medicina Personalizada, colocaram as células T em um ‘treinamento’ em altitude – cultivando-as em uma incubadora com baixas concentrações de oxigênio, até 1%. Em seguida, a equipe dividiu camundongos afetados por melanomas em dois grupos; um grupo foi tratado com células T submetidas à escassez de oxigênio e o outro com células T cultivadas em condições normais de oxigênio.

Células submetidas à escassez de oxigênio foram comprovadamente muito mais eficazes na luta contra o câncer. Os camundongos tratados com essas células viveram mais tempo e seus tumores se reduziram muito mais drasticamente, em comparação aos camundongos tratados com células T comuns. Surpreendentemente, as células T submetidas à escassez de oxigênio não penetraram nos tumores melhor do que as células comuns. Ao que tudo indica, elas combateram o câncer com maior eficiência porque tinham maior teor da enzima destrutiva chamada granzima B, que penetra e mata células cancerígenas.

“Da mesma forma que o treinamento em altitude aumenta a resistência em seres humanos, a cultura de células T-assassinas em um “regime de treinamento” aparentemente as fortalece” – disse Shakhar.

Se essas constatações se confirmarem com Células T humanas, elas poderão representar um método imediato para melhorar a imunoterapia contra tumores sólidos. Shakhar: “Na imunoterapia celular, as células T devem ser removidas e cultivadas fora do corpo, qualquer que seja a situação. Cultivá-las sob baixa pressão de oxigênio é relativamente simples, mas esse pequeno ajuste nos protocolos clínicos existentes pode melhorar significativamente a eficácia da terapia.”

A pesquisa do Prof. Guy Shakhar tem o apoio do Fundo Filantrópico Dr. Dvora e Haim Teitelbaum; e de Marion Sharp, no Reino Unido. O Prof. Shakhar ocupa a cadeira professoral de pesquisa do câncer Norman e Helen Asher.

 

Leia mais: Culturing CTLs under Hypoxic Conditions Enhances Their Cytolysis and Improves Their Anti-tumor Function

 

Science Tips 96 – Reciclagem Genômica: Genes Ancestrais assumem novas funções

Reciclagem Genômica: Genes Ancestrais assumem novas funções

Muitas vezes ouvimos falar sobre a grande variedade de genes que temos em comum com outros primatas ou outros seres vivos, mas essas comparações costumam ser um tanto errôneas. “Seres humanos e peixes, por exemplo, compartilham mais de 70% dos genes codificadores de proteínas, mas somente cerca de 0,5% de uma importante classe de genes reguladores – aqueles que geram os chamados RNAs longos não codificadores, ou lncRNAs” – relata o Dr. Igor Ulitsky, do Departamento de Regulação Biológica do Instituto Weizmann de Ciências.

Os lncRNAs (link-RNAs) até recentemente recebiam pouca atenção. Além de haver cerca de 20.000 genes lncRNA no genoma humano – aproximadamente o mesmo número de genes codificadores de proteínas – os lncRNAs recentemente revelaram que funcionam como chaves gerais para uma série de processos biológicos, ativando e desativando genes reguladores, e controlando o destino de células durante o desenvolvimento fetal, assim como a divisão celular e a morte de organismos adultos.

Em um estudo recente publicado na revista Genome Biology, Ulitsky e sua equipe – os estudantes de pesquisa Hadas Hezroni, Gali Housman e Zohar Meir, e os Drs. Rotem Ben-Tov Perry e Yoav Lubelsky – conseguiram identificar uma classe de lncRNAs de mamíferos que evoluiu de genes antigos, assumindo novas funções.

Os cientistas começaram considerando que a evolução é um processo econômico: Se um gene perder sua função, ele pode muito bem ser “reciclado” para finalidades diferentes no âmbito da célula. Os membros da equipe desenvolveram uma série de algoritmos que permitiram encontrar esses genes “reciclados” no genoma dos mamíferos. Primeiramente, eles identificaram quase 1.000 genes que codificam proteínas em galinhas, peixes, lagartos e outros vertebrados não mamíferos, mas não em seres humanos, cães, ovelhas e outros mamíferos. Os cientistas formularam a hipótese de que pelo menos alguns desses genes, depois de perderem sua função de codificação de proteínas, iniciaram a geração de lncRNAs em mamíferos. Ao comparar as “vizinhanças dos genes” nas proximidades dos lncRNAs e dos genes que haviam interrompido a codificação de proteínas, os pesquisadores revelaram que, na verdade, mais de 60 genes lncRNA nos mamíferos – ou 2% a 3% dos lncRNAs compartilhados por seres humanos e outros mamíferos – pareciam derivar de genes ancestrais. A sequência genética de alguns deles era semelhante à dos genes antigos, mas haviam perdido a capacidade de codificar proteínas.

“É difícil descobrir o que fez com que esses genes perdessem seu potencial de codificação de proteínas há mais de 200 milhões de anos, quando os mamíferos evoluíram de seus ancestrais vertebrados” – afirmou Ulitsky. “Mas o fato de que esses genes foram conservados no genoma por tanto tempo sugere que eles têm um papel importante na célula.”

Seres humanos e peixes compartilham mais de 70% dos genes de codificação de proteínas,
mas somente cerca de 0,5% dos genes RNAs reguladores longos não codificadores (lncRNAs)

A identificação desses “fósseis” de genes codificadores de proteínas no genoma dos mamíferos irá facilitar estudos adicionais sobre os lncRNAs humanos, e pode ajudar os cientistas, em última instância, a compreenderem o que acontece quando sua função é alterada. Por exemplo, os lncRNAs ajudam a criar diferentes tipos de neurônios no cérebro dos fetos; se falharem ao determinar corretamente a destino desses neurônios, isto poderá contribuir para a incidência de epilepsia. Como os lncRNAs estão envolvidos no controle da divisão celular, o mau funcionamento desses genes pode estar implicado na incidência do câncer. Finalmente, a manipulação dos lncRNAs pode possibilitar o tratamento de determinados distúrbios genéticos.

Ulitsky explica: “Nos últimos anos, descobriu-se que os lncRNAs são fatores importantes na ativação ou repressão de genes relevantes para uma série de distúrbios. Um dia, pode ser possível tratar esses distúrbios focando-se nos lncRNAs de forma a reprogramar as redes de genes reguladores inteiramente. Por exemplo, em um estudo com camundongos, pesquisadores da Faculdade de Medicina de Baylor, em Houston, Texas, advertiram sobre a progressão da síndrome de Angelman, causada por mutações no cromossoma 15 – silenciando um lncRNA específico para desencadear a expressão de um gene por ele reprimido.”

A pesquisa do Dr. Igor Ulitsky tem o apoio do Centro para Jovens Cientistas da Família Abramson; da Rising Tide; e do Sr. e Sra. Gary Leff. O Dr. Ulitsky ocupa a cadeira de desenvolvimento de carreiras em bioinformática Sygnet.

 

Leia mais: A subset of conserved mammalian long non-coding RNAs are fossils of ancestral protein-coding genes

 

 

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Science Tips 96 – Mais frio e ainda mais frio

Mais frio e ainda mais frio

Os íons no centro do conjunto são resfriados às temperaturas mais baixas possíveis, e podem então ser acelerados no mecanismo de captura de feixes de íons

Ao investigarem os átomos, os cientistas se deparam com um desafio: À temperatura ambiente, átomos individuais em um gás carregam energia cinética e voam para todos os lados a uma alta velocidade. A temperatura é, em essência, o movimento relativo entre os átomos; desta forma a meta de manter os átomos a baixas velocidades envolve seu congelamento a temperaturas extremamente baixas. Um grupo de cientistas do Instituto Weizmann de Ciências desenvolveu recentemente um método universal de resfriamento de íons.

Íons, átomos com carga elétrica, são resfriados atualmente em mecanismos de captura, utilizando campos elétricos e magnéticos, seguidos de resfriamento a laser. O novo método, desenvolvido pelos Dr. Oded Heber e Dr. Michael Rappaport, e seus colegas de pós-doutorado Dr. Reetesh Kumar Gangwar e Dr. Koushik Saha, no laboratório do Prof. Daniel Zajfman do Departamento de Astrofísica de Física de Partículas do Instituto Weizmann de Ciências, não requer o uso de raios laser.

No passado, o Prof. Zajfman e sua equipe criaram uma versão melhorada de um mecanismo de captura de íons chamado armadilha eletrostática de feixes de íons – um dispositivo de armazenamento de íons muito menor do que os anéis padrão de armazenamento de íons, que tendem a ser muito grandes e dispendiosos. Em uma armadilha eletrostática, as moléculas iônicas oscilam à medida que voam a velocidades de até 10.000 km/h – e se resfriam internamente na armadilha. Sistemas como esse podem recriar em um laboratório a matéria dispersa que existe no espaço interestelar.

Quando grupos de íons oscilam no interior da armadilha a altas velocidades, há uma distribuição natural de frequências. Nessa etapa, os cientistas dispõem de um método para aplicar a “tensão de impulso variável periódica” para separar os íons mais frios nessa distribuição, acelerando somente esses íons. Ao aplicar tensões continuamente, os pesquisadores podem acabar separando os íons mais frios. “Esse processo” – disse Heber – “não envolve tanto o resfriamento como uma ‘filtragem’ ou seleção de íons conforme a temperatura que atingem”.

Em experimentos recentes, entretanto, o grupo regulou a armadilha de forma que a densidade dos íons no mecanismo de captura de feixes de íons pudesse ser aumentada 1.000 vezes nas bordas. O aumento da densidade naturalmente aumenta também a incidência de colisões entre os íons no feixe, e o resultado é o compartilhamento de energia entre os íons.

Os cientistas descobriram que havia uma correlação aperfeiçoada entre a posição de um íon dentro do grupo e o seu nível de energia cinética. Os íons mais frios ficavam no centro. Na verdade, a energia – ou a temperatura – era transferida para os íons nas bordas, produzindo íons mais gelados no aglomerado mais acelerado. “Esse processo surpreendente” – disse Heber – “já ultrapassa o teste de resfriamento genuíno”.

Em um artigo publicado recentemente na revista Physical Review Letters, o grupo descreve uma série de experimentos em que os íons alcançaram temperaturas de cerca de um décimo de grau acima do zero absoluto. Os pesquisadores estão conduzindo experimentos adicionais, no momento, para refinar o sistema e obter temperaturas iônicas ainda mais baixas.

Heber disse que o novo método é significativo, uma vez que o processo de resfriamento não depende do tipo ou do peso dos íons. Desta forma ele pode ser utilizado, por exemplo, para investigar as propriedades de moléculas biológicas de grande porte ou de nanopartículas.

A pesquisa do Prof. Daniel Zajfman tem o apoio do Comisaroff Family Trust. O Prof. Zajfman é o titular da cadeira professoral de astrofísica Simon Weinstock.

 

Leia mais: Autoresonance Cooling of Ions in an Electrostatic Ion Beam Trap

 

 

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Science Tips 95 – Proteínas Lego Reveladas

Proteínas Lego Reveladas

Complexos de proteínas autoempilháveis, baseadas em uma única mutação, podem fornecer os “andaimes” para nanoestruturas

Quando a hemoglobina sofre somente uma mutação, esses complexos de proteínas grudam uns nos outros, formando pilhas semelhante a blocos de Lego, em filamentos longos e rígidos. Esses filamentos, por sua vez, prolongam as células vermelhas encontradas na anemia falciforme. Por mais de 50 anos, este era o único exemplo registrado na literatura de uma mutação gerando a formação de filamentos. Segundo o Dr. Emmanuel Levy e seu grupo no Departamento de Biologia Estrutural do Instituto Weizmann de Ciências, conjuntos semelhantes a blocos de Lego provavelmente se formaram com relativa frequência durante a evolução das espécies. Poderia esse método de ‘montagem’ ser comum, ou até de fácil reprodução? A resposta do grupo, publicada recentemente na revista Nature, pode ter implicações tanto na pesquisa biológica quanto nas nanociências.

A hemoglobina e um número considerável de outros complexos de proteínas são simétricos: feitos de unidades idênticas. Como essas unidades idênticas são produzidas a
partir do mesmo gene, cada mutação genética se repete múltiplas vezes no complexo. Mutações que criam remendos aderentes e se repetem em lados opostos do complexo podem induzir as proteínas a se empilharem, formando longas fibras de proteínas. Ao contrário das fibras de proteínas amiloides, os complexos dessas pilhas não mudam de forma, nem se desdobram.

A aderência ocorre porque a mutação substitui um aminoácido, geralmente hidrófilo (atraído pela água), por um hidrofóbico (que repele a água). No ambiente aquoso em que se deslocam as proteínas, as regiões hidrofóbicas preferem interagir umas com as outras, como bolhas de espuma na água.

Células de levedura produzindo um complexo bacteriológico de proteínas simétricas com oito unidades. Quando não ocorre mutação (à esquerda), o complexo se dissipa livremente no interior da célula, mas uma única mutação (à direita) dá início ao empilhamento formando longos filamentos.

Em seus experimentos, Levy e seu grupo, que contou com a presença de Hector Garcia-Seisdedos, Charly Empereur-Mot (atualmente no Conservatoire National des Arts et Métiers, em Paris) e Nadav Elad do Departamento de Apoio à Pesquisa Química do Instituto Weizmann, começaram com um complexo de proteínas ultra-simétrico, composto de oito unidades idênticas. Eles seguiram apenas uma regra para executar a mutação das proteínas: Substituir um aminoácido hidrófilo por outro hidrofóbico e “aderente”.

A equipe inicialmente criou uma proteína com três mutações para dois tipos diferentes de aminoácido aderente, e observou o empilhamento em forma de Lego nos dois casos. Nas próximas investigações, a equipe fez experimentos com cada mutação individualmente e descobriu que uma delas era capaz de produzir longos filamentos por conta própria.

Então, seriam as mutações com uma única função – aumentar a aderência da superfície das proteínas – capazes de induzir o autoempilhamento em ‘blocos tipo Lego’? Os pesquisadores promoveram mutações em outras 11 proteínas conhecidas, a fim de formarem complexos simétricos – criando um total de 73 mutações diferentes – e produziram essas mutações em células de levedura de cozinha, acrescentando uma proteína fluorescente para atuar como “rotuladores”, permitindo sua visualização. Em 30 dessas variantes, os pesquisadores observaram comportamentos que sugeriam o autoempilhamento: Cerca de metade deles, se empilharam em longos filamentos, e a outra metade se aglomerou em blocos de forma amorfa, formando ‘focos’.

Se os pesquisadores reproduziram o fenômeno dos filamentos de células falciformes com tanta facilidade nos laboratórios, por que o recurso nunca mais foi visto nas pesquisas biomédicas? Levy propõe duas respostas para esta pergunta: Em primeiro lugar, a equipe revelou que proteínas naturalmente simétricas evoluem para formar aminoácidos extra-hidrófilo em sua superfície, minimizando assim o risco do autoempilhamento. Em segundo lugar – disse Levy – os pesquisadores provavelmente viam mais formações tipo ‘blocos de Lego’ do que imaginavam: “Agora que os pesquisadores sabem que elas podem evoluir tão rapidamente, eles podem encarar os focos com mais atenção e enxergar muito mais formações tipo ‘blocos de Lego’ biologicamente relevantes”. “Além disto” – acrescenta ele – “os filamentos são produzidos com tamanha facilidade na levedura que poderiam ser ótimos candidatos à construção de ‘andaimes’ para nanoestruturas. Nosso estudo foi singular, no sentido de não exigir projetos computadorizados de alta complexidade, ou varreduras em milhares de mutações para descobrir aquela que nos interessava. Simplesmente começamos com uma estrutura existente e descobrirmos uma estratégia simples para induzir a formação de filamentos”.
A pesquisa do Dr. Emmanuel Levy tem o apoio do Fundo para Estudos Pré-clínicos INCPM da Fundação da Família David e Fela Shapell; do Instituto Henry Chanoch Krenter de Imageamento Biomédico e Genômico; do Projeto de Pesquisas Colaborativas Louis e Fannie Tolz; do Laboratório Richard Bar; e de Anne-Marie Boucher, no Canadá. O Dr. Levy ocupa a cadeira de desenvolvimento de carreira Recanati.

 

Leia mais: Proteins evolve on the edge of supramolecular self-assembly

 

 

Science Tips 95

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Science Tips 95 – O Ponto de Ruptura

O Ponto de Ruptura

Diz-se que o elo mais fraco é o que determina a resistência da corrente inteira. Da mesma forma, defeitos ou pequenas trincas de materiais sólidos podem, em última instância, determinar a resistência do material completo – ou seja, até que ponto ele resiste a diversas forças. Por exemplo, se uma força incidir sobre um material que contém uma trinca, as fortes tensões internas se concentrarão em uma pequena região em torno da trinca. Quando isto ocorre, o processo de ruptura se inicia e o material começa a ceder em torno das bordas da trinca, que podem finalmente se propagar, causando a ruptura da peça inteira.

O que, exatamente, acontece em torno da borda da trinca, na área em que se concentram as maiores tensões? O Prof. Eran Bouchbinder do Departamento de Física e Química do Instituto Weizmann, conduziu uma pesquisa para responder a essa pergunta, em conjunto com o Dr. Chih-Hung Chen e o Prof. Alain Karma, da Northeastern University de Boston, explicando que os processos que ocorrem nessas regiões são universais – eles ocorrem da mesma maneira em diferentes materiais e sob circunstâncias diferentes. “A característica de maior destaque “ – disse Bouchbinder – “foi a relação não linear entre a resistência às forças incidentes e a reação que ocorre no material próximo à trinca. Essa região não linear, não levada em conta pela maioria dos estudos, é na verdade de importância fundamental para se compreender como as trincas se propagam. O mais notável é que esse processo se relaciona intimamente às instabilidades que podem fazer as trincas se propagarem ao longo de trajetórias onduladas ou se partiram, quando o que se esperaria era que elas simplesmente prosseguissem em linha reta.”

Ao investigar as forças presentes nas proximidades das bordas das trincas, Bouchbinder e seus colegas desenvolveram uma nova teoria – publicada recentemente na revista Nature Physics – que permitirá aos pesquisadores compreender, calcular e prever a dinâmica das trincas sob diversas condições físicas. Essa teoria pode ter implicações significativas nas pesquisas de física de materiais e na compreensão das formas como esses materiais se rompem.

A trajetória de uma trinca, demonstrando um ciclo de oscilação. A linha ondulada horizontal ilustra a trajetória da trinca

Ilhas de Maleabilidade

Explorando um tema diferente, em um artigo publicado recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Bouchbinder e um grupo de colegas investigaram as propriedades fundamentais do “estado vítreo” da matéria. O estado vítreo pode existir em um amplo espectro de materiais, quando o estado líquido se resfria rápido o suficiente para evitar a formação de um estado cristalino organizado. Os vidros são, portanto, desorganizados, amórficos, sólidos, e incluem, por exemplo, vidros de janelas, plásticos, materiais emborrachados e metais amorfos. Apesar de esses materiais estarem frequentemente ao nosso redor, em uma enorme gama de formas e aplicações, compreender suas propriedades físicas tem sido uma tarefa extremamente desafiadora, em grande parte devido à falta de ferramentas para caracterizar as estruturas intrinsecamente desorganizadas desses materiais e caracterizar como essas estruturas afetam as propriedades dos materiais em questão. O Dr. Jacques Zylberg do grupo de Bouchbinder, o Dr. Edan Lerner da Universidade de Amsterdã, o Dr. Yohai Bar-Sinai da Universidade de Harvard (ex-aluno de doutorado de Bouchbinder), e o Dr. Bouchbinder, encontraram uma forma de identificar particularmente as regiões maleáveis nos materiais vitrificados. Esses “pontos maleáveis”, identificados pela medição da energia térmica ao longo do material, comprovaram ser altamente suscetíveis às mudanças estruturais ao se aplicar uma força sobre eles. Em outras palavras, esses pontos maleáveis desempenham um papel crítico quanto os materiais vitrificados se deformam e fluem irreversivelmente sob a ação de forças externas. A teoria desenvolvida pelos pesquisadores nos leva, portanto, um passo à frente em relação à compreensão dos mistérios do estado vítreo da matéria.

A pesquisa do Prof. Eran Bouchbinder tem o apoio da Fundação Rothschild Caesarea; e de Paul e Tina Gardner, Austin, Texas, EUA.

 

Leia mais: Instability in dynamic fracture and the failure of the classical theory of cracks

 

 

Science Tips 95

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Science Tips 95 – Novos Anos para os Pesquisadores

Novos Anos para os Pesquisadores

Somente por uma noite, o Instituto Weizmann de Ciências abrirá suas portas ao público

Você sempre quis saber como reparar um coração partido? O que têm em comum um arranhão, a pneumonia e a poluição do solo? Por que os insetos podem se tornar o alimento do futuro? A Noite dos Pesquisadores no Instituto Weizmann de Ciências é um evento dedicado à ciência para todos – para esclarecer todas as dúvidas das pessoas em relação às ciências.

A Noite dos Pesquisadores ocorre anualmente no Instituto Weizmann de Ciências, desde 2006, como parte do evento Noite dos Pesquisadores da União Europeia, que ocorre em centenas de unidades em toda a Europa. O evento ocorre conforme uma estrutura nacional, envolvendo atividades em institutos de pesquisa acadêmica e museus de ciências, com o apoio do Ministério da Ciência, Tecnologia e Espaço de Israel. A Noite dos Pesquisadores no Instituto Weizmann de Ciências é organizada pelo Instituto Davidson de Educação Científica, afiliado do Instituto Weizmann de Ciências na área educacional.

O tema da Noite dos Pesquisadores este ano é a humanidade, e o evento ocorrerá somente por uma noite, antes da noite do Rosh Hashana, o ano novo judaico. Ao abrir suas portas ao público em geral, o Instituto Weizmann de Ciências espera ajudar a responder a uma importante pergunta: O que exatamente fazem todos aqueles cientistas em seus laboratórios? O público é convidado a participar de palestras e sessões práticas, apresentações e demonstrações, um tour aos laboratórios e uma visita ao Jardim Clore de Ciências.

A Profª Ada Yonath explica por que algumas das descobertas mais incríveis na área de medicina são frutos de “falências” iminentes. O Prof. Tzachi fala sobre a evolução de uma forma jamais abordada antes; a Drª Ulyana Simanovich fala sobre vermes e camundongos e o que eles podem nos ensinar; o Prof. Dan Yakir pergunta se o plantio de florestas é a melhor maneira de aliviar o superaquecimento global; a Profª Varda Rotter dá uma palestra sobre o genoma do câncer; o Prof. Eli Arama fala sobre células que cometem suicídio; e diversos outros cientistas estarão presentes para falarem sobre suas descobertas mais recentes na vanguarda da ciência mundial.

As atividades começam às 17:00 h, no dia 19/09/2017, e continuam até o final da noite nos auditórios, saguões e espaços abertos do campus. O evento é indicado para crianças, jovens e adultos. Todos os eventos e atividades são gratuitos, mas alguns pode requerer registro no próprio local.

 

Leia mais: http://davidson.weizmann.ac.il

 

 

Science Tips 95

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A Torre de Jerusalém é menos Antiga do que se Supunha

A datação ultraprecisa retira cerca de 1000 anos da idade anteriormente atribuída ao monumento

A Fonte de Gihon, um pouco abaixo da cidade antiga de Jerusalém, foi essencial para a sobrevivência de seus habitantes, e arqueólogos escavaram as ruínas de uma enorme torre de pedra construída sobre essa fonte vital de água. Com base nos utensílios de cerâmica e outras constatações regionais, os arqueólogos haviam atribuído a torre anteriormente ao ano 1.700 AC. Entretanto, novas pesquisas conduzida pelo Instituto Weizmann de Ciências comprovaram que as rochas na base da torre foram colocadas por volta de 1000 anos mais tarde. Entre outras coisas, os novos resultados destacam a contribuição de métodos científicos avançados para a compreensão da história da região.

A Dra Elisabetta Boaretto, responsável pelo Laboratório de Datação por Radiocarbono D-REAMS, do Instituto Weizmann de Ciências e pelo monitoramento no Centro Max Planck-Weizmann de Arqueologia e Antropologia Integrativas, teve a oportunidade de datar a torre como parte de seus projetos cooperativos permanentes com a agência israelense de antiguidades (Israel Antiquity Authority – IAA). Desde 2012, os
 Drs. Joe Uziel e Nahshon Szanton do IAA, em escavações permanentes em torno da torre, descobriram que a torre não foi construída sobre o substrato rochoso. “Os blocos no alicerce da torre, em si” – explicou Boaretto – “não forneceram qualquer informação, a não ser o fato de que as pessoas que os assentaram tinham a capacidade de movimentar esses blocos de rocha pesadíssimos. Mas por baixo dos blocos, o solo apresenta as camadas típicas dos estratos arqueológicos, e essas camadas podem revelar a data mais recente em que o local foi ocupado, antes da construção da torre.”

A abordagem exclusiva e metódica da equipe do laboratório D-REAMS começa pelo planejamento e execução das amostragens e das escavações em campo, desde o início – em conjunto com os arqueólogos locais. “Sujar as mãos faz parte do desenvolvimento de uma cronologia confiável” – disse Boaretto. Durante o trabalho de campo conduzido com os arqueólogos, e mais tarde em seu laboratório com a estudante de pós-doutorado, Dra Johanna Regev, Boaretto identificou diversos estratos claramente delineados. Entre esses estratos, as cientistas coletaram restos de carvão, sementes e ossos – matéria orgânica que pode ser datada com precisão utilizando o radiocarbono.

A primeira datação foi conduzida nos níveis intermediários de sedimentos da torre, e as datas de fato coincidiam com as propostas originalmente. “Porém, havia mais meio metro de sedimentos entre os materiais que haviam sido datados e a grande pedra fundamental” – disse Boaretto. “Imediatamente passamos a considerar
 que essa camada poderia representar mais algumas centenas de anos antes da colocação da pedra fundamental.” A presença de camadas separadas e sequenciais que identificaram utilizando ferramentas microarqueológicas e datação com radiocarbono permitiram às pesquisadoras atribuir novas datas aos estratos logo abaixo da torre.

O método de datação por radiocarbono se baseia na contagem de átomos radioativos de C14 em amostras. Esses átomos de carbono são encontrados em seres vivos, em proporção mínima, porém estável em relação ao carbono comum, e começam a decair a uma taxa conhecida após a morte. No Instituto Weizmann de Ciências, a contagem de átomos de C14 em uma amostra é realizada com um acelerador de partículas, de forma que pode gerar resultados precisos em objetos do tamanho de uma semente.

Os dados revelados pela datação por radiocarbono atribuíram um ano entre 800 e 900 AC. Isto representa 1000 anos mais tarde do que o que se supunha até então, e desloca o prédio da torre para outro período histórico, totalmente diferente do anterior, passando da Idade do Bronze para a Idade do Ferro.

Para completar o estudo, Boaretto e sua equipe questionaram se uma outra explicação poderia permitir que a torre tivesse sido construída em
 um período anterior – reparos, por exemplo – mas a presença de grandes blocos acima das camadas de solo contendo resquícios de atividades cotidianas parecem ser evidência a mais correta. Boaretto: “A datação definitiva e científica dessa grande torre, deslocando-a para um período posterior ao que se presumia antes, terá repercussões em outras iniciativas de datação de construções e ocupações na Jerusalém antiga.”

 

A pesquisa da Dra Elisabetta Boaretto tem o apoio do Laboratório de Espe- ctrômetros de Massa e Acelerador de Partículas de Dangoor.