1 00:00:00,000 --> 00:00:03,130 Pensei em falar-vos um pouco de como a Natureza cria os materiais. 2 00:00:03,130 --> 00:00:05,000 Trouxe comigo uma concha de haliote. 3 00:00:05,000 --> 00:00:08,000 Esta concha é um material "biocompósito": 4 00:00:08,000 --> 00:00:11,000 98% da massa é carbonato de cálcio 5 00:00:11,000 --> 00:00:13,530 e os restantes 2% são proteínas. 6 00:00:13,530 --> 00:00:16,000 Com esta constituição, é 3000 vezes mais resistente 7 00:00:16,000 --> 00:00:17,820 do que o carbonato de cálcio simples. 8 00:00:17,820 --> 00:00:20,310 E muitas pessoas usam estruturas como estas conchas, 9 00:00:20,310 --> 00:00:22,280 como o giz. 10 00:00:22,280 --> 00:00:24,870 Fascina-me saber como a Natureza cria estes materiais, 11 00:00:24,870 --> 00:00:28,010 e há muitos segredos para os criar de forma tão complexa. 12 00:00:28,010 --> 00:00:30,100 Um aspecto relevante é que estes materiais 13 00:00:30,100 --> 00:00:32,000 apresentam uma estrutura macroscópica, 14 00:00:32,000 --> 00:00:34,570 mas o processo de formação ocorre a uma "nano-escala". 15 00:00:34,570 --> 00:00:36,780 Estes materiais formam-se a uma "nano-escala", 16 00:00:36,780 --> 00:00:39,230 e usam proteínas, codificadas a nível genético, 17 00:00:39,230 --> 00:00:42,960 que lhes permite a criação destas estruturas complexas. 18 00:00:42,960 --> 00:00:44,810 Uma coisa que considero fascinante 19 00:00:44,810 --> 00:00:48,660 é o que aconteceria se pudéssemos dar vida a estruturas não-vivas, 20 00:00:48,660 --> 00:00:51,000 como pilhas, baterias, e células fotovoltaicas? 21 00:00:51,000 --> 00:00:53,310 Como seria se elas tivessam as mesmas capacidades 22 00:00:53,310 --> 00:00:55,530 que a concha de haliote, 23 00:00:55,530 --> 00:00:58,880 em termos de serem capazes de construir estruturas complexas 24 00:00:58,890 --> 00:01:01,000 à pressão e temperatura ambientes, 25 00:01:01,000 --> 00:01:03,000 usando materiais não-tóxicos 26 00:01:03,000 --> 00:01:06,000 e não poluindo o ambiente com resíduos tóxicos? 27 00:01:06,000 --> 00:01:09,000 Esta é a perspectiva que tenho aprofundado. 28 00:01:09,000 --> 00:01:12,120 E se fosse possível fazer crescer uma bateria numa placa de Petri? 29 00:01:12,120 --> 00:01:15,290 Ou se fosse possível passar informação genética para uma bateria, 30 00:01:15,290 --> 00:01:18,430 de forma a que ela pudesse melhorar o desempenho ao longo do tempo 31 00:01:18,430 --> 00:01:20,970 e fazer isso de forma amiga do ambiente? 32 00:01:20,970 --> 00:01:23,000 Assim, voltando a esta concha de haliote, 33 00:01:23,000 --> 00:01:25,270 além da sua estrutura "nanoscópica", 34 00:01:25,270 --> 00:01:27,000 outro aspecto fascinante 35 00:01:27,000 --> 00:01:29,340 é que quando um haliote macho e uma haliote fêmea 36 00:01:29,340 --> 00:01:31,000 passam a informação genética, 37 00:01:31,000 --> 00:01:34,000 dizem: "É assim que se constrói um material complexo. 38 00:01:34,000 --> 00:01:36,620 "É assim que se faz, à pressão e temperatura ambientes, 39 00:01:36,620 --> 00:01:38,350 "utilizando materiais não tóxicos". 40 00:01:38,350 --> 00:01:41,530 O mesmo se passa com as diatomáceas, que são estruturas vítreas. 41 00:01:41,530 --> 00:01:43,530 Sempre que uma diatomácea se reproduz, 42 00:01:43,530 --> 00:01:45,000 a sua informação genética diz: 43 00:01:45,000 --> 00:01:47,210 "Aqui está a forma de construir vidro no oceano 44 00:01:47,210 --> 00:01:49,460 "com uma nano-estrutura perfeitamente definida. 45 00:01:49,460 --> 00:01:51,850 "E este processo é transferível, vezes sem conta." 46 00:01:51,850 --> 00:01:53,780 E se fosse possível fazer a mesma coisa 47 00:01:53,780 --> 00:01:56,040 com uma célula fotovoltaica ou com uma bateria? 48 00:01:56,040 --> 00:01:59,440 Gosto de dizer que o meu biomaterial preferido é o meu filho de 4 anos. 49 00:01:59,440 --> 00:02:01,920 Todos os que conhecem crianças pequenas 50 00:02:01,920 --> 00:02:04,450 sabem que as crianças são organismos muito complexos. 51 00:02:04,450 --> 00:02:06,000 É muito difícil convencê-los 52 00:02:06,000 --> 00:02:08,000 a fazer algo que não queiram 53 00:02:08,000 --> 00:02:11,000 Assim, quando pensamos em tecnologias do futuro, 54 00:02:11,000 --> 00:02:14,260 e pensamos em utilizar bactérias, e e vírus, organismos simples. 55 00:02:14,260 --> 00:02:17,450 Conseguiremos convencê-los a trabalhar com outras matérias-primas, 56 00:02:17,460 --> 00:02:19,000 para construírem uma estrutura 57 00:02:19,000 --> 00:02:21,000 que seja importante para nós? 58 00:02:21,000 --> 00:02:23,000 Para projectar as tecnologias do futuro 59 00:02:23,000 --> 00:02:25,490 baseamo-nos no nascimento do nosso planeta, a Terra. 60 00:02:25,490 --> 00:02:27,330 Foram necessários mil milhões de anos 61 00:02:27,330 --> 00:02:29,000 para que a vida surgisse na Terra. 62 00:02:29,000 --> 00:02:31,520 Rapidamente, tornou-se multi-celular, 63 00:02:31,520 --> 00:02:33,270 pôde reproduzir-se, 64 00:02:33,270 --> 00:02:36,000 utilizou a fotossíntese como forma de obter energia 65 00:02:36,000 --> 00:02:38,000 mas foi só há cerca de 500 milhões de anos 66 00:02:38,000 --> 00:02:40,000 -- durante o Câmbrico -- 67 00:02:40,000 --> 00:02:43,120 que os organismos marinhos começaram a produzir materiais rígidos. 68 00:02:43,120 --> 00:02:46,680 Antes disso, os organismos marinhos apresentavam estruturas moles e fofas. 69 00:02:46,680 --> 00:02:48,000 Foi durante esse período, 70 00:02:48,000 --> 00:02:50,000 com grandes quantidades de cálcio, ferro 71 00:02:50,000 --> 00:02:52,000 e silício disponíveis no ambiente, 72 00:02:52,000 --> 00:02:55,000 que os organismos vivos aprenderam a produzir materiais rígidos. 73 00:02:55,000 --> 00:02:57,000 E é isto que eu pretendo fazer 74 00:02:57,000 --> 00:02:58,780 -- convencer os organismos vivos 75 00:02:58,780 --> 00:03:01,000 a trabalhar com o resto da Tabela Periódica. 76 00:03:01,000 --> 00:03:03,000 Na perspectiva da Biologia, 77 00:03:03,000 --> 00:03:05,210 há muitas estruturas como o ADN e anticorpos, 78 00:03:05,210 --> 00:03:08,180 proteínas e ribossomas -- de que já devem ter ouvido falar -- 79 00:03:08,180 --> 00:03:09,720 com uma estrutura "nanoscópica"; 80 00:03:09,720 --> 00:03:11,660 A Natureza apresenta muitas alternativas 81 00:03:11,660 --> 00:03:13,480 de estruturas nanoscópicas complexas. 82 00:03:13,480 --> 00:03:15,220 E se fosse possível "domesticá-las" 83 00:03:15,220 --> 00:03:18,040 convencê-las a não serem anticorpos 84 00:03:18,040 --> 00:03:20,240 que provocam algo indesejado como a SIDA/HIV? 85 00:03:20,240 --> 00:03:21,820 E se as conseguíssemos convencer 86 00:03:21,820 --> 00:03:24,030 a construir uma célula solar para nós? 87 00:03:24,030 --> 00:03:26,900 Aqui estão alguns exemplos: estas são conchas naturais 88 00:03:26,900 --> 00:03:27,890 materiais biológicos 89 00:03:27,890 --> 00:03:30,000 A concha do haliote -- se nós a quebrarmos, 90 00:03:30,000 --> 00:03:32,000 podemos constatar a sua nano-estrutura. 91 00:03:32,000 --> 00:03:34,420 Estas diatomáceas são essencialmente feitas de SiO2 92 00:03:34,420 --> 00:03:36,780 e estas são bactérias com propriedades magnéticas 93 00:03:36,780 --> 00:03:39,000 que podem ser utilizadas para a navegação. 94 00:03:39,000 --> 00:03:41,000 Todas estas conchas têm em comum 95 00:03:41,000 --> 00:03:43,000 o facto de apresentarem uma nanoestrutura 96 00:03:43,000 --> 00:03:45,520 e terem uma sequência de ADN 97 00:03:45,520 --> 00:03:47,600 que codifica uma sequência de proteínas 98 00:03:47,600 --> 00:03:49,850 que lhes dá um plano, uma ordem de construção, 99 00:03:49,850 --> 00:03:52,560 que lhes permite contruir estas estruturas maravilhosas. 100 00:03:52,560 --> 00:03:54,190 Regressando à concha de haliote, 101 00:03:54,190 --> 00:03:56,310 o haliote produz estas conchas com proteínas 102 00:03:56,310 --> 00:03:58,580 Estas proteínas têm uma carga eléctrica negativa 103 00:03:58,580 --> 00:04:01,580 o que lhes permite "puxar", absorver, o cálcio do seu ambiente 104 00:04:01,580 --> 00:04:05,430 e criar alternadamente camadas de cálcio / carbonato / cálcio / carbonato, etc... 105 00:04:05,430 --> 00:04:07,400 O haliote tem uma sequência de aminoácidos 106 00:04:07,400 --> 00:04:09,480 que diz: "É assim que se constrói a concha. 107 00:04:09,480 --> 00:04:12,560 "Aqui está a sequência de ADN, aqui está a sequência de proteínas 108 00:04:12,560 --> 00:04:14,010 "para construir a concha". 109 00:04:14,010 --> 00:04:17,070 O que aconteceria se fosse possível escolher qualquer material, 110 00:04:17,070 --> 00:04:19,200 ou qualquer elemento da Tabela Periódica, 111 00:04:19,200 --> 00:04:20,890 encontrar a sua sequência de ADN, 112 00:04:20,890 --> 00:04:23,340 codificar a respectiva sequência de proteínas 113 00:04:23,340 --> 00:04:24,910 para construir uma estrutura 114 00:04:24,910 --> 00:04:27,760 -- não uma concha mas algo que nunca foi produzido -- 115 00:04:27,760 --> 00:04:29,960 de forma natural? 116 00:04:31,050 --> 00:04:33,240 Aqui está a Tabela Periódica. 117 00:04:33,470 --> 00:04:35,330 Acho a Tabela Periódica uma maravilha! 118 00:04:35,330 --> 00:04:37,660 Todos os anos, para receber os Caloiros no MIT, 119 00:04:37,660 --> 00:04:39,480 tenho uma Tabela Periódica que diz: 120 00:04:39,480 --> 00:04:42,220 "Bem-vindo ao MIT. Agora estás no teu elemento." (Risos) 121 00:04:42,220 --> 00:04:45,000 Do outro lado, uma tabela que indica 122 00:04:45,000 --> 00:04:47,740 as cargas dos aminoácidos para diferentes valores de pH. 123 00:04:47,740 --> 00:04:50,490 E distribuo estas Tabelas a milhares de alunos. 124 00:04:50,490 --> 00:04:53,870 Eu sei que estas Tabelas dizem "MIT", e que nós estamos no "CalTech", 125 00:04:53,870 --> 00:04:56,110 mas tenho mais algumas, se alguém as quiser... 126 00:04:56,110 --> 00:04:56,950 Tive muita sorte 127 00:04:56,950 --> 00:04:59,810 por o Presidente Obama visitar o meu laboratório, este ano. 128 00:04:59,810 --> 00:05:01,040 Quando ele visitou o MIT, 129 00:05:01,040 --> 00:05:03,160 eu queria mesmo dar-lhe uma Tabela Periódica. 130 00:05:03,160 --> 00:05:05,590 Por isso, durante a noite, perguntei ao meu marido: 131 00:05:05,590 --> 00:05:08,440 "-- Como vou dar uma Tabela Periódica ao Presidente Obama?" 132 00:05:08,440 --> 00:05:10,560 E se ele me diz: "- Oh, eu já tenho uma..." 133 00:05:10,560 --> 00:05:12,660 Ou: "-- Já a memorizei, obrigado!" (Risos) 134 00:05:12,660 --> 00:05:15,590 No dia seguinte, o Presidente Obama visitou o meu laboratório, 135 00:05:15,590 --> 00:05:16,890 -- foi uma ótima visita! -- 136 00:05:16,890 --> 00:05:20,430 e, no final, eu disse: "Sr. Presidente, quero dar-lhe uma Tabela Periódica 137 00:05:20,430 --> 00:05:22,820 "para numa dificuldade calcular o peso molecular". 138 00:05:22,820 --> 00:05:23,590 (Risos) 139 00:05:23,590 --> 00:05:25,940 Pensei que "peso molecular" soaria menos técnico 140 00:05:25,940 --> 00:05:27,550 do que "massa molecular". 141 00:05:27,550 --> 00:05:28,300 (Risos) 142 00:05:28,300 --> 00:05:30,250 Ele olhou para a Tabela Periódica 143 00:05:30,250 --> 00:05:33,620 e disse: "-- Obrigado. Vou olhar para ela periodicamente." 144 00:05:33,620 --> 00:05:35,250 (Risos) 145 00:05:35,250 --> 00:05:37,520 (Aplausos) 146 00:05:39,810 --> 00:05:42,980 Mais tarde, o Presidente fez um discurso sobre "energia limpa", 147 00:05:42,980 --> 00:05:44,770 mostrou a Tabela Periódica e disse: 148 00:05:44,770 --> 00:05:47,710 "-- E as pessoas do MIT oferecem Tabelas Periódicas". (Risos) 149 00:05:47,710 --> 00:05:49,090 O que eu não vos disse 150 00:05:49,090 --> 00:05:52,570 é que os organismos começaram a construir conchas há 500 milhões de anos, 151 00:05:52,570 --> 00:05:55,860 mas demoraram cerca de 50 milhões de anos para serem bem sucedidos. 152 00:05:55,860 --> 00:05:58,750 Demoraram cerca de 50 milhões de anos a conseguirem perfeição 153 00:05:58,750 --> 00:06:00,530 na produção desta concha de haliote. 154 00:06:00,530 --> 00:06:03,640 Isto é difícil de explicar a um aluno: "este projecto é para fazer 155 00:06:03,640 --> 00:06:05,260 "em 50 milhões de anos"... (Risos) 156 00:06:05,260 --> 00:06:06,960 Temos que desenvolver uma forma 157 00:06:06,960 --> 00:06:08,360 de fazê-lo mais rapidamente. 158 00:06:08,360 --> 00:06:09,850 Utilizamos um vírus inofensivo 159 00:06:09,850 --> 00:06:11,090 chamado bacteriófago M13, 160 00:06:11,090 --> 00:06:13,000 cuja função é infectar bactérias, 161 00:06:13,000 --> 00:06:15,000 que tem uma estrutura de ADN simples 162 00:06:15,000 --> 00:06:19,470 que podemos cortar, e onde podemos inserir porções adicionais. 163 00:06:19,470 --> 00:06:21,000 Ao fazê-lo, permitimos ao vírus 164 00:06:21,000 --> 00:06:24,320 codificar estruturas aleatórias de proteínas. 165 00:06:24,320 --> 00:06:26,580 Esta é uma forma muito básica de biotecnologia. 166 00:06:26,580 --> 00:06:28,390 Podemos fazer isto milhões de vezes. 167 00:06:28,390 --> 00:06:30,750 Podemos ter milhões de variantes do mesmo vírus, 168 00:06:30,750 --> 00:06:32,500 geneticamente idênticas, 169 00:06:32,500 --> 00:06:34,660 diferindo uma das outras num pequeno detalhe, 170 00:06:34,660 --> 00:06:36,000 numa sequência 171 00:06:36,000 --> 00:06:38,000 que codifica uma proteína. 172 00:06:38,000 --> 00:06:40,000 Se tomarmos todas estas variantes, 173 00:06:40,000 --> 00:06:42,000 as colocarmos numa gota de um meio de crescimento, 174 00:06:42,000 --> 00:06:45,000 podemos forçá-las a interagir com os elementos que quisermos 175 00:06:45,000 --> 00:06:47,490 e, através de um processo de selecção, de evolução, 176 00:06:47,490 --> 00:06:50,600 podemos escolher de entre um milhão o que faz o que nós queremos, 177 00:06:50,600 --> 00:06:53,240 como produzir uma bateria ou uma célula foto-voltaica. 178 00:06:53,240 --> 00:06:56,580 Para que os vírus se possam replicar, eles precisam de um hospedeiro. 179 00:06:56,580 --> 00:07:00,150 Assim que identificamos o vírus, podemos usá-lo para infectar uma bactéria, 180 00:07:00,160 --> 00:07:03,480 e fazer milhões e milhões de cópias dessa sequência em particular. 181 00:07:03,500 --> 00:07:05,250 Uma coisa maravilhosa na biologia 182 00:07:05,250 --> 00:07:07,000 é que produz estruturas complexas 183 00:07:07,000 --> 00:07:09,000 com ligações entre diferentes escalas. 184 00:07:09,000 --> 00:07:11,000 Estes vírus são longos e finos 185 00:07:11,000 --> 00:07:13,000 pelo que podemos utilizá-los 186 00:07:13,000 --> 00:07:15,000 para produzir materiais como semicondutores 187 00:07:15,000 --> 00:07:17,630 ou componentes para baterias 188 00:07:17,630 --> 00:07:20,440 Esta é uma bateria que eu fiz crescer no meu laboratório. 189 00:07:20,440 --> 00:07:23,000 Criámos um vírus para montar nanotubos de carbono. 190 00:07:23,000 --> 00:07:25,660 De cada vez que o vírus encontra um nanotubo de carbono, 191 00:07:25,660 --> 00:07:27,840 a outra parte do vírus tem uma sequência 192 00:07:27,840 --> 00:07:30,890 que produz um material para o eléctrodo de uma bateria 193 00:07:30,890 --> 00:07:33,000 e que se liga ao colector. 194 00:07:33,000 --> 00:07:35,000 Através de um processo de selecção, 195 00:07:35,000 --> 00:07:38,000 conseguimos partir de um vírus que fazia uma bateria tosca 196 00:07:38,000 --> 00:07:40,190 e chegar a um vírus que faz uma boa bateria; 197 00:07:40,190 --> 00:07:42,860 uma bateria capaz de bater recordes, de alto desempenho, 198 00:07:42,860 --> 00:07:46,900 construída a temperatura ambiente, numa bancada de laboratório. 199 00:07:46,900 --> 00:07:50,070 Essa bateria foi à Casa Branca, para uma conferência de imprensa, 200 00:07:50,070 --> 00:07:51,500 e eu trouxe-a aqui, hoje. 201 00:07:51,500 --> 00:07:54,950 Podem vê-la nesta caixa -- produz electricidade para manter o LED aceso. 202 00:07:54,950 --> 00:07:57,720 Se fôssemos capazes de aumentar a escala desta bateria, 203 00:07:57,720 --> 00:08:00,320 poderíamos usá-la para alimentar um Prius 204 00:08:00,320 --> 00:08:03,910 -- é o meu sonho -- conduzir um carro eléctrico alimentado por um vírus. 205 00:08:03,910 --> 00:08:04,760 (Risos) 206 00:08:04,760 --> 00:08:06,910 Essencialmente, é este o princípio: 207 00:08:06,910 --> 00:08:09,000 podemos escolher um vírus num milhão 208 00:08:09,000 --> 00:08:11,000 e produzir inúmeras cópias... 209 00:08:11,000 --> 00:08:13,000 Podemos amplificar o processo, 210 00:08:13,000 --> 00:08:15,000 criar condições para auto-organização 211 00:08:15,000 --> 00:08:17,000 numa estrutura como uma bateria. 212 00:08:17,000 --> 00:08:19,210 Somos capazes de fazer isto com catalizadores. 213 00:08:19,210 --> 00:08:20,980 Isto é um exemplo 214 00:08:20,980 --> 00:08:23,750 de um separador catalítico de água. 215 00:08:23,750 --> 00:08:25,410 O que fomos capazes de fazer 216 00:08:25,410 --> 00:08:28,000 foi criar um vírus que absorve moléculas de pigmentos 217 00:08:28,000 --> 00:08:30,000 armazenando-as na superfície do vírus 218 00:08:30,000 --> 00:08:32,000 o que funciona como uma antena 219 00:08:32,000 --> 00:08:34,510 conseguindo um mecanismo de transferência de energia. 220 00:08:34,510 --> 00:08:36,000 Associamos um segundo gene 221 00:08:36,000 --> 00:08:38,000 que permite acumular um material inorgânico 222 00:08:38,000 --> 00:08:41,030 que pode ser utilizado para separar a água nos seus componentes, 223 00:08:41,030 --> 00:08:42,290 oxigénio e hidrogénio, 224 00:08:42,290 --> 00:08:45,000 e que pode ser utilizado para produzir combustível limpo. 225 00:08:45,000 --> 00:08:46,520 Trouxe um exemplo comigo, hoje. 226 00:08:46,520 --> 00:08:49,120 Os meus estudantes garantiram-me que iria funcionar. 227 00:08:49,120 --> 00:08:51,160 Isto são nanofilamentos criados por vírus. 228 00:08:51,160 --> 00:08:53,540 Quando os iluminamos, podemos vê-los borbulhar 229 00:08:53,540 --> 00:08:55,800 -- neste caso, vemos bolhas de oxigénio. 230 00:08:55,800 --> 00:08:57,520 (Aplausos) 231 00:08:57,870 --> 00:09:00,510 Através da manipulação dos genes, 232 00:09:00,510 --> 00:09:03,430 podemos controlar muitos materiais para melhorar o desempenho 233 00:09:03,430 --> 00:09:04,950 dos mais diversos dispositivos. 234 00:09:04,950 --> 00:09:08,570 O último exemplo: células foto-voltaicas, com que também podemos fazer isto. 235 00:09:08,590 --> 00:09:11,640 Conseguimos manipular vírus para utilizarem nanotubos de carbono 236 00:09:11,640 --> 00:09:15,000 e fazerem crescer dióxido de titânio à volta deles, 237 00:09:15,000 --> 00:09:19,000 o que permite obter electrões livres. 238 00:09:19,000 --> 00:09:21,400 Descobrimos que, através de manipulação genética, 239 00:09:21,400 --> 00:09:25,990 foi aumentar a eficiência destas células foto-voltaicas 240 00:09:26,000 --> 00:09:28,000 para valores recorde 241 00:09:28,000 --> 00:09:31,000 para estes tipos de sistemas. 242 00:09:31,000 --> 00:09:33,000 Cá está uma célula desse tipo 243 00:09:33,000 --> 00:09:37,230 que poderemos experimentar lá fora, daqui a pouco. 244 00:09:37,230 --> 00:09:39,440 Uma célula foto-voltaica produzida por vírus. 245 00:09:39,440 --> 00:09:41,310 Através de manipulação e selecção, 246 00:09:41,310 --> 00:09:44,480 conseguimos levar uma célula foto-voltaica com 8% de eficiência, 247 00:09:44,480 --> 00:09:46,000 a apresentar 11% de eficiência. 248 00:09:46,000 --> 00:09:48,000 Espero tê-los convencido 249 00:09:48,000 --> 00:09:51,990 de que há um grande número de coisas interessantíssimas a aprender 250 00:09:51,990 --> 00:09:54,510 sobre como alguns materiais são produzidos na Natureza 251 00:09:54,510 --> 00:09:55,580 e, no passo seguinte, 252 00:09:55,580 --> 00:09:58,130 compreender se somos capazes de usar a forma 253 00:09:58,130 --> 00:10:00,580 como a Natureza produz estes materiais, 254 00:10:00,580 --> 00:10:03,270 para produzir materiais com que a Natureza nunca sonhou. 255 00:10:03,270 --> 00:10:04,770 Obrigada! (Aplausos)