Tendo crescido no Wisconsin, passava muito tempo ao ar livre.
Na primavera, sentia o aroma inebriante da fragância dos lilases.
No verão, adorava o brilho elétrico dos pirilampos
a voarem em círculos nas noites abafadas.
No outono, os pântanos resplandeciam com o vermelho vivo dos arandos.
Até o inverno tinha o seu encanto,
com o ramo natalício dos pinheiros.
A Natureza sempre foi uma fonte de admiração e inspiração.
Quando fui para a faculdade estudar química, e nos anos seguintes,
comecei a compreender melhor o mundo natural no pormenor molecular.
Tudo o que acabei de referir,
dos aromas a lilases e pinheiros
ao vermelho vivo dos arandos e ao brilho dos pirilampos,
têm pelo menos uma coisa em comum:
são produzidos por enzimas.
Como disse, cresci no Wisconsin, por isso, gosto de queijo
e dos Green Bay Packers.
Mas falemos de queijo por um minuto.
Pelo menos nos últimos 7000 anos,
que os humanos têm extraído uma mistura de enzimas
dos estômagos das vacas, das ovelhas e das cabras
e adicionaram-nas ao leite.
Isto faz o leite coalhar e faz parte do processo de fazer queijo.
A enzima chave desta mistura chama-se quimosina.
Vou mostrar-vos como funciona.
Aqui, tenho dois tubos.
e vou adicionar quimosina a um deles.
Só um segundo.
Agora o meu filho Anthony, que tem oito anos,
queria muito ajudar a criar uma experiência para a TED Talk,
e, então, nós estávamos na cozinha a cortar fatias de ananases,
a extrair enzimas de batatas vermelhas
e a fazer todo o tipo de experiências na cozinha.
Mas, por fim, achámos que a experiência da quimosina era muito fixe.
E então, o que acontece aqui
é que a quimosina está-se a misturar com o leite,
e está a ligar-se a uma proteína chamada caseína.
O que faz a seguir é cortar a caseína
— é como uma tesoura molecular.
É essa ação de separação que leva o leite a coalhar.
Aqui somos nós na cozinha a trabalhar nisto.
OK.
Vamos fechar isto.
Vamos pôr estes de lado e vamos deixar estes fervilhar um minuto.
OK.
Se o ADN é o manual da vida,
as enzimas são os operários que executam as suas instruções.
Uma enzima é uma proteína catalisadora,
apressa ou acelera uma reação química,
tal como a quimosina aqui está a acelerar o coalhar do leite.
Mas não se trata apenas de queijo.
Além de terem uma função importante nos nossos alimentos,
as enzimas também têm um papel em tudo,
desde a saúde de uma criança,
ao ataque aos maiores desafios ambientais
que temos hoje.
Os blocos de construção das enzimas chamam-se aminoácidos.
Há vinte aminoácidos comuns,
e normalmente designamo-los com abreviaturas de uma letra,
por isso há um alfabeto de aminoácidos
Numa enzima, estes aminoácidos estão ligados,
como pérolas num colar.
E é a identidade dos aminoácidos
que lhes atribui as letras no colar,
a ordem em que estão, o que soletram,
dando à enzima propriedades únicas e diferenciando-a das outras enzimas.
Esta cadeia de aminoácidos — este colar —
desdobra-se numa estrutura de ordem superior
E se nos aproximarmos do nível molecular
e olharmos para a quimosina, a enzima que temos aqui,
verão que tem este aspeto.
São todos estes cordões, laços, hélices e nós e voltas,
e tem de ter esta estrutura para funcionar adequadamente.
Atualmente, podemos fazer enzimas em micróbios,
podendo ser numa bactéria ou numa levedura, por exemplo.
E a maneira de o fazermos é pegar numa parte de ADN
que tem o código da enzima que nos interessa,
introduzimo-lo nesse micróbio,
e deixamos o micróbio usar a sua própria maquinaria, os seus meios,
para produzir a enzima.
Hoje, se queremos quimosina, já não precisamos de um vitelo
— conseguimo-la a partir de um micróbio.
E o que é ainda melhor
é que podemos escolher sequências de ADN específicos
para fazer todas as enzimas que quisermos,
coisas que não existem na Natureza.
Acho que a parte mais divertida
é tentar desenhar uma enzima para uma nova aplicação,
organizar os átomos, só isso.
O ato de tirar uma enzima da Natureza e brincar com esses aminoácidos,
mexendo nas letras,
adicionando umas, tirando outras,
talvez reorganizando um pouco,
é um pouco como encontrar um livro,
e editar alguns capítulos ou mudar o final.
Em 2018, o prémio Nobel da química
foi atribuído ao desenvolvimento desta abordagem,
que é agora conhecida como evolução dirigida.
Atualmente podemos aproveitar os poderes da evolução dirigida
para conceber enzimas com fins específicos,
e um deles é conceber enzimas para aplicação em novas áreas,
como a lavandaria.
Tal como as enzimas no nosso corpo
podem ajudar a digerir os alimentos que comemos,
as enzimas no detergente da roupa
podem ajudar a eliminar as manchas na roupa.
Acontece que 90% da energia usada na lavagem
é para aquecer a água.
E essa é uma boa razão
porque a água mais quente ajuda a limpar a roupa.
Mas, e se conseguíssemos lavar a roupa em água fria?
Certamente íamos poupar algum dinheiro,
e além disso,
de acordo com alguns cálculos feitos pela Procter and Gamble,
se todas as casas no EUA lavassem a roupa com água fria,
pouparíamos 32 toneladas de emissões de CO2 por ano.
É imenso, é mais ou menos o equivalente
ao dióxido de carbono emitido por 6,3 milhões de carros
Então, como vamos conceber uma enzima
para concretizar estas mudanças?
As enzimas não se desenvolveram para limpar a roupa suja,
muito menos em água fria.
Mas podemos ir à Natureza e encontrar um ponto de partida.
Podemos encontrar uma enzima com alguma atividade inicial,
algum barro com que possamos trabalhar.
Este é um exemplo de uma tal enzima, aqui no ecrã.
E podemos começar a brincar com esses aminoácidos, como referi,
adicionando e tirando letras,
reorganizando-as.
E ao fazê-lo, podemos gerar milhares de enzimas.
E podemos pegar nessas enzimas,
e testá-las em pequenas placas como estas.
Então, a placa que tenho nas mãos
contém 96 orifícios
Em cada orifício há um pedaço de tecido com uma nódoa.
E podemos medir como cada enzima
consegue remover as nódoas destes tecidos,
e desse modo ver quão bem funciona.
E podemos fazê-lo usando a robótica,
tal como vão ver a seguir no ecrã.
OK, fazemos isto e acontece que
algumas das enzimas são uma espécie de aproximação da enzima inicial.
Nada de extraordinário.
Algumas são piores e eliminamo-las.
E depois há algumas melhores.
Essas melhores tornam-se a versão 1.0.
Essas são as enzimas que podemos desenvolver,
e podemos repetir este ciclo vezes sem conta.
É a repetição deste ciclo que nos leva a uma nova enzima,
uma enzima que faça o que queremos.
E depois de vários destes ciclos, conseguimos algo novo.
Então, podem ir hoje a um supermercado e comprar um detergente de roupa
que permite lavar com água fria pois contém enzimas como esta aqui.
E quero mostrar-vos como isto funciona também.
Tenho aqui mais dois tubos,
e ambos têm novamente leite.
Vou-vos mostrar,
vou adicionar esta enzima a um tubo
e outro tubo onde vou adicionar água.
Este é o tubo de controlo,
por isso nada deve acontecer nele.
Devem achar curioso que eu faça isto com leite.
Mas a razão para eu fazer isto
é porque o leite está cheio de proteínas,
e é muito fácil ver esta enzima a funcionar numa solução proteica,
porque é mestre a cortar as proteínas,
é a sua função
Vamos pôr isto aqui.
Como referi, é mestre a cortar proteínas
e o que podemos fazer é extrapolar o que faz neste leite
para o que faria na vossa roupa suja.
Por isso, isto é uma forma de visualizar o que iria acontecer.
OK, ambos entraram.
E agora vou fechar este e este também.
OK, vamos deixar este aqui com a amostra de quimosina,
e voltaremos a estes mais perto do fim.
Bom, o que há no horizonte da criação de enzimas?
Certamente, vai ser mais rápido.
Há agora abordagens para desenvolver enzimas
que permitem aos investigadores ter muito mais amostras
além do que acabo de vos mostrar.
E além de usarem enzimas naturais,
como estamos a fazer,
alguns cientistas tentam agora criar enzimas do zero,
usando a aprendizagem automática, uma abordagem da inteligência artificial,
para conceber as enzimas.
Há outros que estão a adicionar aminoácidos não naturais à mistura.
Estivemos a falar de 20 aminoácidos naturais,
os aminoácidos comuns.
Eles adicionam aminoácidos artificiais
para fazerem enzimas com propriedades diferentes do que existe na Natureza.
É uma área muito clara.
Como é que as enzimas artificiais nos vão afetar nos próximos anos?
Bem, vou-me focar em duas áreas:
a saúde humana e o ambiente.
Algumas empresas farmacêuticas
têm hoje equipas dedicadas a conceber enzimas
para fazer medicamentos mais eficientes e com menos catalisadores tóxicos.
Por exemplo, o Januvia,
que é um medicamento para tratar a diabetes tipo 2,
é parcialmente feito de enzimas.
O número de medicamentos feitos com enzimas vai aumentar.
Noutra área,
há algumas doenças
em que uma única enzima não funciona bem no corpo de alguém.
Um exemplo é a fenilcetonúria,
ou abreviado PKU.
Pessoas com PKU não metabolizam ou digerem bem a fenilalanina,
que é um dos 20 aminoácidos comuns de que temos falado.
A consequência de ingerir fenilalanina para as pessoas com PKU
é que sofrem de deficiências intelectuais permanentes,
por isso é algo assustador para se ter.
Aqueles que têm filhos...
alguém aqui tem filhos?
Muitos de vocês.
Podem estar familiarizados com a PKU,
porque todas as crianças nos EUA têm de fazer o teste da PKU.
Lembro-me de quando o meu filho, fez o teste do pezinho.
O grande desafio disto é: o que é que comemos?
A fenilalalina está em tantos alimentos que é muito difícil de evitar.
O Anthony tem alergia a frutos secos e eu pensava que era difícil,
mas o PKU é outro nível de dureza.
Mas as novas enzimas, podem em breve permitir aos doentes PKU
comer o que quiserem.
Recentemente a FDA aprovou uma enzima concebida para tratar a PKU.
É uma grande notícia para os doentes,
e é mesmo uma grande notícia
no campo da terapêutica geral de substituição de enzimas,
porque há outros alvos por aí em que seria uma boa abordagem.
Isto um bocadinho acerca da saúde.
Agora vamos falar de ambiente.
Quando soube da Grande Mancha de Lixo do Pacífico
— a propósito, é como uma enorme ilha de plástico,
algures entre a Califórnia e o Hawai —
e sobre microplásticos em quase todo o lado,
É preocupante.
Os plásticos não vão desaparecer tão cedo.
Mas as enzimas também nos podem ajudar nesta área.
Descobriram-se bactérias produtoras de enzimas que decompõem os plásticos
Estão a decorrer esforços para criar versões melhoradas destas enzimas.
Ao mesmo tempo, há enzimas que foram descobertas
e que estão a ser otimizadas
para fazer plásticos biodegradáveis não derivados de petróleo.
As enzimas também podem ajudar a capturar gases com efeito estufa,
tais como o dióxido de carbono, o metano e o óxido de azoto.
Não há dúvida que estas são grandes mudanças
e nenhuma é fácil.
Conseguir aproveitar as enzimas pode ajudar a resolver isto no futuro,
por isso, essa é outra área para termos expectativas.
Agora vou voltar à demonstração
— esta é a parte divertida.
Vamos começar com as amostras de quimosina.
Vou pôr estas aqui.
E podem ver aqui,
este é o que tinha água,
e não devia acontecer nada ao leite.
Este levou a quimosina.
Podem ver que clareou totalmente aqui em cima.
Existe toda esta parte coalhada, é queijo,
acabamos de fazer queijo em poucos minutos.
Esta é a reação,
que as pessoas têm feito há milhares e milhares de anos.
Penso fazer esta no próximo dia da ciência das crianças
mas eles podem ser um público difícil, pelo que veremos.
(Risos)
A outra que quero mostrar é esta.
Esta é a enzima para lavar a roupa suja.
Podem ver que é diferente daquela em que adicionámos água.
Tem uma espécie de clarificador,
e é mesmo isso que queremos que a enzima faça à roupa suja,
porque queremos conseguir ter uma enzima
que possa ser um triturador de proteínas, que as engula,
porque vamos ter nódoas de proteínas diferentes nas roupas,
como leite com chocolate ou gorduras, por exemplo,
e algo como isto vai ajudar a tirar essas nódoas.
E vai ser isto que também vai permitir
lavar a roupa com água fria, reduzir a pegada de carbono,
e ainda poupar dinheiro.
Bem, fizemos um longo caminho,
considerando a viagem de 7000 anos desde as enzimas a fazer queijo
à atual conceção de enzimas.
Estamos de facto numa encruzilhada criativa,
e com as enzimas, podemos editar o que a Natureza escreveu
ou escrever a nossa história com os aminoácidos.
Então, da próxima vez que estiverem na rua, numa noite abafada
e virem um pirilampo,
espero que pensem nas enzimas.
Elas fazem coisas extraordinárias por nós hoje.
E através da criação,
podem ser ainda mais extraordinárias amanhã.
Obrigado.
(Aplausos)