Vou falar a vocês sobre as máquinas mais incríveis do mundo
e o que podemos fazer agora com elas.
As proteínas,
algumas das quais vemos no interior de uma célula,
desempenham basicamente todas as funções importantes do corpo humano.
As proteínas digerem o alimento,
contraem os músculos,
disparam os neurônios
e fortalecem o sistema imunológico.
Tudo o que acontece na biologia -
quase -
acontece por causa das proteínas.
As proteínas são cadeias lineares de blocos de construção
chamados aminoácidos.
A natureza usa um alfabeto de 20 aminoácidos.
Vocês devem ter ouvido falar dos nomes de alguns deles.
Nesta foto, em escala, cada protuberância é um átomo.
Forças químicas entre os aminoácidos
fazem com que essas moléculas longas e filamentosas
se dobrem em estruturas tridimensionais únicas.
O processo de enovelamento, embora pareça aleatório,
é, na verdade, muito preciso.
Cada proteína se dobra ao seu formato característico a cada vez,
e o processo de enovelamento leva apenas uma fração de segundo.
São as formas das proteínas
que permitem a elas realizarem suas funções biológicas extraordinárias.
Por exemplo,
a hemoglobina tem uma forma nos pulmões
perfeitamente adequada para ligar uma molécula de oxigênio.
Quando a hemoglobina se move para o músculo,
a forma muda ligeiramente,
e o oxigênio sai.
As formas das proteínas
e, portanto, suas funções extraordinárias
são completamente especificadas
pela sequência de aminoácidos na cadeia proteica.
Nesta foto, cada letra no topo é um aminoácido.
De onde vêm essas sequências?
Os genes de seu genoma
especificam as sequências de aminoácidos de suas proteínas.
Cada gene codifica a sequência de aminoácidos de uma única proteína.
A tradução dessas sequências de aminoácidos
para estruturas e funções das proteínas
é conhecida como o problema do enovelamento de proteínas.
É um problema muito difícil
porque há muitas formas diferentes que uma proteína pode adotar.
Devido a essa complexidade,
os seres humanos só conseguiram aproveitar o poder das proteínas
fazendo pequenas alterações nas sequências de aminoácidos
das proteínas que encontramos na natureza.
Isso é semelhante
ao processo que nossos ancestrais da Idade da Pedra usavam
para fabricar ferramentas e outros implementos a partir das varas e pedras
que encontramos no mundo ao nosso redor.
Mas os humanos não aprenderam a voar modificando aves.
(Risos)
Em vez disso,
os cientistas, inspirados nelas, descobriram os princípios da aerodinâmica.
Os engenheiros usaram esses princípios
para projetar máquinas voadoras personalizadas.
De maneira semelhante,
temos trabalhado por vários anos
para descobrir os princípios fundamentais do enovelamento de proteínas
e codificar esses princípios no programa de computador chamado Rosetta.
Fizemos um grande avanço nos últimos anos.
Podemos agora criar proteínas totalmente novas,
a partir do zero, no computador.
Uma vez que criamos a proteína nova,
codificamos sua sequência de aminoácidos em um gene sintético.
Temos que fazer um gene sintético
porque, já que a proteína é completamente nova,
não há nenhum gene em qualquer organismo atualmente existente na Terra
que a codifique.
Nossos avanços no entendimento do enovelamento de proteínas
e de como criar proteínas,
juntamente com o custo decrescente da síntese genética
e o aumento da lei de Moore no poder computacional,
agora nos permitem criar dezenas de milhares de proteínas novas,
com formas e funções novas,
no computador,
e codificar cada uma delas em um gene sintético.
Tendo esses genes sintéticos,
nós os colocamos em bactérias
para programá-los para criar essas proteínas novas.
Em seguida, extraímos as proteínas
e determinamos se elas funcionam como planejamos
e se são seguras.
É animador conseguir criar proteínas novas,
porque, apesar da diversidade na natureza,
a evolução só testou uma pequena fração do número total de proteínas possíveis.
Eu disse a vocês que a natureza usa um alfabeto de 20 aminoácidos,
e uma proteína típica é uma cadeia de cerca de 100 aminoácidos.
Assim, o número total de possibilidades é 20 vezes 20 vezes 20, 100 vezes,
o que é um número na ordem de 10 elevado a 130,
que é consideravelmente maior do que o número total de proteínas
que existiram desde que começou a vida na Terra.
É esse espaço inimaginavelmente grande
que agora conseguimos explorar usando o design computacional de proteína.
As proteínas existentes na Terra
evoluíram para solucionar os problemas enfrentados pela evolução natural.
Por exemplo, a replicação do genoma.
Porém, enfrentamos desafios novos hoje.
Vivemos mais; portanto, novas doenças são importantes.
Estamos aquecendo e poluindo o planeta.
Por isso, enfrentamos inúmeros desafios ecológicos.
Se tivéssemos que esperar um milhão de anos,
proteínas novas poderiam evoluir para solucionar esses desafios.
No entanto, não temos milhões de anos para esperar.
Em vez disso, com o design computacional de proteína,
podemos criar proteínas novas para enfrentar esses desafios hoje.
Nossa ideia audaciosa é trazer a biologia da Idade da Pedra
por meio da revolução tecnológica no design de proteínas.
Já mostramos que podemos criar proteínas novas
com formas e funções novas.
Por exemplo, as vacinas funcionam estimulando o sistema imunológico
a criar uma reação forte contra um patógeno.
Para fazer vacinas melhores,
criamos partículas de proteína
nas quais podemos fundir proteínas a partir de patógenos,
como essa proteína azul, do vírus sincicial respiratório VSR.
Para fazer vacinas candidatas
que estão literalmente cheias de proteína viral,
descobrimos que tais candidatas
produzem uma reação imunológica muito mais forte ao vírus
do que quaisquer vacinas anteriores que tenham sido testadas.
Isso é importante porque o VSR é atualmente uma das principais causas
de mortalidade infantil em todo o mundo.
Também criamos novas proteínas para quebrar o glúten no estômago
devido a doença celíaca
e outras proteínas para estimular o sistema imunológico a combater o câncer.
Esses avanços são o começo da revolução do design de proteínas.
Nós nos inspiramos em uma revolução tecnológica anterior:
a revolução digital,
que ocorreu, em grande parte, devido aos avanços em um lugar:
Bell Laboratories.
A Bell Labs era um lugar com um ambiente aberto e colaborativo
e conseguiu atrair os melhores talentos de todo o mundo.
Isso levou a uma série extraordinária de inovações:
o transistor, o laser, a comunicação via satélite
e os fundamentos da internet.
Nosso objetivo é construir a Bell Labs do design de proteínas.
Estamos procurando atrair cientistas talentosos de todo o mundo
para acelerar a revolução do design de proteínas,
e nos concentraremos em cinco grandes desafios.
Primeiro: colhendo proteínas de tipos de gripe de todo o mundo
e colocando-as em cima das partículas de proteína criadas
que mostrei anteriormente,
visamos a criar uma vacina universal contra a gripe,
cuja dose dá uma proteção vitalícia contra a gripe.
A capacidade de criar...
(Aplausos)
A capacidade de criar vacinas novas no computador
é importante tanto para proteger contra as epidemias naturais de gripe
quanto, além disso, contra atos intencionais de bioterrorismo.
Segundo: estamos indo muito além
do alfabeto limitado da natureza de apenas 20 aminoácidos
para criar novos candidatos terapêuticos para enfermidades como dor crônica,
usando um alfabeto de milhares de aminoácidos.
Terceiro: estamos construindo veículos de entrega avançados
para direcionar os medicamentos existentes exatamente para onde precisam ir no corpo.
Por exemplo, quimioterapia para um tumor
ou terapias genéticas para o tecido no qual precisa ocorrer o reparo genético.
Quarto: estamos criando terapêutica inteligente
que pode fazer cálculos dentro do corpo e vai muito além dos medicamentos atuais,
que são instrumentos muito diretos.
Por exemplo, para alcançar um pequeno subconjunto de células imunológicas
responsáveis por uma doença autoimune
e distingui-las da grande maioria das células imunológicas saudáveis.
Finalmente, inspirados por materiais biológicos extraordinários
como seda, concha de abalone, dente e outros,
estamos criando novos materiais à base de proteínas
para enfrentar desafios em questões energéticas e ecológicas.
Para fazer tudo isso, estamos desenvolvendo nosso instituto.
Procuramos atrair cientistas ativos, talentosos e diversificados
de todo o mundo, em todas as fases da carreira,
para se juntarem a nós.
Vocês também podem participar da revolução do design de proteínas
por meio de nosso jogo de enovelamento e design on-line, "Foldit",
e por meio de nosso projeto de computação distribuída, Rosetta@home,
no qual vocês podem entrar pelo laptop ou smartphone Android.
Tornar o mundo um lugar melhor por meio do design de proteínas
é o trabalho de minha vida.
Estou muito animado com o que podemos fazer juntos.
Espero que vocês se juntem a nós,
e muito obrigado.
(Aplausos) (Vivas)