Cinco desafios que poderíamos solucionar criando novas proteínas

As proteínas são máquinas moleculares notáveis: digerem a comida, estimulam os neurónios, dão energia ao sistema imunitário, e tantas outras coisas. E se conseguíssemos criar proteínas novas, com funções nunca antes vistas na natureza? Neste notável vislumbre do futuro, David Baker partilha como a sua equipa no Institute for Protein Design está a criar de raíz novas proteínas, e mostra como elas nos poderiam ajudar a combater cinco grandes desafios que a humanidade enfrenta.
(Este plano ambicioso faz parte do Audacious Project, uma iniciativa TED para inspirar e financiar uma mudança global.)

Vou falar-vos das máquinas
mais incríveis do mundo

e do que podemos fazer com elas.

As proteínas,

algumas das quais vêem aqui
no interior de uma célula,

desempenham praticamente
todas as funções importantes

do nosso corpo.

As proteínas digerem a nossa comida,

contraem os nossos músculos,

estimulam os nossos neurónios,

e dão energia
ao nosso sistema imunitário.

Tudo o que acontece na biologia

- ou quase tudo -

acontece devido às proteínas.

As proteínas são cadeias lineares
de blocos de construção

chamados aminoácidos.

A natureza usa um alfabeto
de 20 aminoácidos,

alguns com nomes que podem já ter ouvido.

Nesta foto, e para que todos percebam,
cada protuberância é um átomo.

As 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 realidade, muito preciso.

Cada proteína dobra-se sempre
no seu formato característico,

e o processo de enovelamento
demora apenas uma fração de segundo.

São as formas das proteínas

que lhes permitem realizar
as suas notáveis funções biológicas.

Por exemplo,

a hemoglobina tem uma forma nos pulmões

que é perfeitamente adequada
para prender uma molécula de oxigénio.

Quando a hemoglobina
se desloca para o músculo,

a forma muda ligeiramente,

e o oxigénio sai.

As formas das proteínas

e, portanto, as suas funções notáveis,

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 do nosso genoma
especificam as sequências de aminoácidos

das nossas proteínas.

Cada gene codifica a sequência
de aminoácidos de uma única proteína.

A interpretação entre essas
sequências de aminoácidos

e as 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 adoptar.

Devido a essa complexidade,

os seres humanos só conseguiram
dominar o poder das proteínas

fazendo pequenas alterações

nas sequências de aminoácidos
das proteínas encontradas na natureza.

Isto é semelhante ao processo

usado pelos nossos antepassados
da Idade da Pedra

para fabricar ferramentas
e outros utensílios

a partir de paus e pedras
encontrados no mundo ao nosso redor.

Mas os humanos não aprenderam
a voar modificando aves.

(Risos)

Ao invés, inspirados pelas aves,

os cientistas desvendaram
os princípios da aerodinâmica,

e os engenheiros usaram esses princípios

para projectar
máquinas voadoras modificadas.

De forma semelhante,

temos trabalhado ao longo de vários anos

para desvendar os princípios fundamentais
do enovelamento de proteínas

e codificar esses princípios num programa
de computador chamado Rosetta.

Fizemos um grande avanço nos últimos anos.

Podemos agora criar proteínas
totalmente novas,

de raíz, no computador.

Uma vez criada a nova proteína,

codificamos a sequência de aminoácidos
num gene sintético.

Temos de fazer um gene sintético

porque, uma vez que a proteína
é completamente nova,

não há nenhum gene em qualquer organismo
que exista hoje em dia na Terra

que a codifique.

Os nossos avanços na compreensão
do enovelamento de proteínas

e em como criar proteínas,

juntamente com o custo decrescente
da síntese de genes

e o aumento da lei de Moore
no poder computacional,

permitem-nos agora criar dezenas
de milhares de proteínas novas,

com formas e funções novas,

no computador,

e codificar cada uma delas
num gene sintético.

Quando tivermos esses genes sintéticos,

colocamo-los em bactérias
para programá-los

para criar essas proteínas novas.

Em seguida, extraímos as proteínas

e determinamos se elas
funcionam como planeamos

e se são seguras.

É entusiasmante conseguir
criar proteínas novas,

porque, apesar da diversidade na natureza,

a evolução só testou uma pequena fracção
do número total de proteínas possíveis.

Eu disse-vos 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 existem desde que começou
a vida na Terra.

É esse espaço inimaginavelmente grande
que agora conseguimos explorar

usando a criação computacional
da proteína.

As proteínas existentes na Terra

evoluíram para solucionar os problemas
que a evolução natural enfrentava

como por exemplo, a replicação do genoma.

Porém, hoje enfrentamos desafios novos.

Vivemos mais tempo, por isso,
as novas doenças são importantes.

Estamos a aquecer e a poluir o planeta,

por isso, enfrentamos
inúmeros desafios ecológicos.

Se tivéssemos um milhão de anos
para esperar,

poderiam evoluir proteínas novas
para solucionar estes desafios.

No entanto, não temos
milhões de anos para esperar.

Em vez disso, com a criação
computacional da proteína,

podemos criar proteínas novas
para enfrentar esses desafios hoje.

A nossa ideia audaciosa é ir buscar
a biologia da Idade da Pedra

através da revolução tecnológica
na criação de proteínas.

Já mostrámos que podemos
criar proteínas novas,

com formas e funções novas.

Por exemplo, as vacinas funcionam
estimulando o sistema imunitário

para criar uma reacção forte
contra um patógeno.

Para fazer vacinas melhores,

criámos partículas de proteína

nas quais podemos fundir
proteínas a partir de patógenos,

como esta proteína azul,
do vírus respiratório VSR.

Para fazer vacinas candidatas

que estejam literalmente
cheias de proteína viral,

descobrimos que tais candidatas

produzem uma reacção imunológica
muito mais forte ao vírus

do que quaisquer vacinas anteriores
que tenham sido testadas.

Isso é importante porque o VSR
é actualmente uma das principais causas

de mortalidade infantil em todo o mundo.

Também criámos novas proteínas
para decompor o glúten no estômago,

para a doença celíaca,

e outras proteínas para estimular
o sistema imunitário

para combater o cancro.

Estes avanços são o começo
da revolução da criação de proteínas.

Nós fomos inspirados
por uma revolução tecnológica anterior:

a revolução digital,

que ocorreu, em grande parte,
devido aos avanços obtidos num local:

o Bell Laboratories.

O 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 transístor, o laser,
a comunicação via satélite

e os alicerces da Internet.

O nosso objectivo é construir
o Bell Labs da criação de proteínas.

Estamos a querer atrair
cientistas talentosos de todo o mundo

para acelerar a revolução
da criação de proteínas

e vamos concentrar-nos
em cinco grandes desafios.

Primeiro: colhendo proteínas
de tipos de gripe de todo o mundo

e colocando-as sobre
as partículas de proteína criadas

que vos mostrei anteriormente,

visamos criar uma vacina
universal contra a gripe,

cuja dose dê uma protecção
vitalícia contra a gripe.

A capacidade de criar...

(Aplausos)

Criar vacinas novas no computador

é importante tanto para proteger
contra as epidemias naturais da gripe

quanto, além disso, contra actos
intencionais de bioterrorismo.

Segundo: estamos a ir muito além
do alfabeto limitado da natureza

de apenas 20 aminoácidos

para criar novos candidatos terapêuticos
para enfermidades como a dor crónica,

usando um alfabeto
de milhares de aminoácidos.

Terceiro: estamos a construir
veículos de entrega avançados

para guiar a medicação existente

exactamente para o ponto do corpo
para onde precisa de ir.

Por exemplo, quimioterapia para um tumor,

ou terapias genéticas para o tecido
onde é necessária a reparação genética.

Quarto: estamos a criar
terapêuticas inteligentes

que podem fazer cálculos dentro do corpo

e ir muito além dos medicamentos actuais,

que são instrumentos pouco precisos.

Por exemplo, para direccionar um pequeno
subconjunto de células imunes

responsáveis por uma doença auto-imune

e distingui-las da grande maioria
das células imunes saudáveis.

Finalmente, inspirados por materiais
biológicos extraordinários

como a seda, a concha de abalone,
o dente e outros,

estamos a criar novos materiais
à base de proteínas

para enfrentar desafios
energéticos e ecológicos.

Para fazer tudo isso, estamos
a fazer crescer o nosso instituto.

Procuramos atrair cientistas enérgicos,
talentosos e variados

de todo o mundo,
em todas as fases da carreira,

para se juntarem a nós.

Vocês também podem participar
na revolução da criação de proteínas

através do nosso jogo de enovelamento
e criação online: "Foldit".

E através do nosso projecto
de computação distribuída: Rosetta@home,

ao qual vocês podem aceder
a partir do vosso computador portátil

ou de um "smartphone" Android.

Tornar o mundo um lugar melhor
através da criação de proteínas

é o trabalho da minha vida.

Estou muito animado
com o que podemos fazer juntos.

Espero que vocês se juntem a nós,

e muito obrigado.

(Aplausos)