Laboratórios dentro do computador
Pela Dra. Juliana Fedoce Lopes
Simular fenômenos da natureza sempre foi e continua
sendo uma prática constante de cientistas das mais diversas
áreas do conhecimento. O entendimento de qualquer processo natural, seja ele físico, químico ou biológico, passa por
uma racionalização teórica sobre a observação. Em seguida tenta-se repetir tal comportamento em escala reduzida,
controlando-se ou não as condições, ou seja, simula-se tal
fenômeno como ele aconteceria realmente. A forma mais moderna de simulação de processos físicos, reações químicas,
eventos biológicos, eficiência energética e inúmeras propriedades acontece através da utilização de supercomputadores.
A capacidade de processamento e resolução de problemas dos supercomputadores atuais permite que através de
programas desenvolvidos especificamente para cada tipo de
simulação, vários estudos possam ser realizados nos mais
diversos ramos da ciência. Recentemente, simulações de biologia computacional também foram usadas para desvendar o
genoma humano e de inúmeras outras espécies. Desta forma,
os cientistas foram capazes de prever a presença (ou a ausência) de genes específicos em gerações ainda não nascidas de
pessoas. Este resultado permite que as pessoas saibam, por
exemplo, da possibilidade real de sofrerem algum problema
genético, tornando possível prevenir doenças graves antes
da concepção. Ainda no campo da biologia computacional,
Figura 1. Simulações utilizando o computador. Desvendando o código genético. Imagem cortesia de Victor Habbick.
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alguns testes in vivo poderiam ser substituídos por simulações
in silico, terminologia que remete ao uso do processador do
computador para efetuar as operações.
A química computacional é mais uma destas áreas da
ciência que se beneficia dos supercomputadores para realizar
simulações de reações e processos químicos. Além disso, as
simulações permitem os estudos de vários tipos de processos
que não seriam totalmente possíveis e economicamente viáveis em um laboratório convencional de pesquisa. Pode-se,
por exemplo, estudar reações em temperaturas altíssimas,
pressões insuportáveis, reações explosivas, reações que
acontecem no corpo humano, reações com reagentes e produtos tóxicos, entre outros processos sem que medidas de
segurança tenham que ser tomadas e com uma alta confiabilidade dos resultados. Uma das aplicações mais importantes e
atuais da Química Computacional é o planejamento racional
de fármacos, que tem por objetivo indicar, através de simulações computacionais, quais moléculas poderiam ser ativas no
tratamento das mais diversas doenças.
A indústria farmacêutica mundial investe muitos recursos
financeiros e humanos todos os anos no desenvolvimento de
novas formulações terapêuticas e na síntese de novas moléculas para o tratamento de diversas doenças. Entretanto,
muitas destas empresas têm investido em laboratórios de
simulação computacional, pois além de reduzirem sistematicamente o custo destas pesquisas, fornecem um conjunto
de informações adicionais que permite restringir o campo de
ação, direcionando o trabalho experimental, aumentando o
sucesso da busca por novos fármacos. Alguns fármacos comercializados no mundo todo foram produzidos através de
pesquisas de simulação computacional, cujos resultados sinalizaram o potencial destas moléculas para o tratamento de
enfermidades.
O Captropil (Figura 2) é um remédio utilizado no tratamento da hipertensão arterial e atua no controle da ação de
uma enzima chamada ECA (Enzima Conversora de Angiotensina) que controla o aumento da pressão arterial. Este
medicamento foi desenvolvido através de estudos de química
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computacional que simularam o efeito de várias moléculas
diferentes na ação desta enzima. Os pesquisadores sabiam
que uma molécula semelhante, o ácido 2-benzil-succínico
e uma molécula formada por dois aminoácidos (Alanina-Prolina), tinham a ação desejada de inibição da enzima,
culminando em ação anti-hipertensiva. Desta forma, os
pesquisadores investigaram, através de experimentos realizados no computador, de que forma uma série de novas
moléculas quimicamente semelhantes às ativas, se comportariam com a enzima ECA. Depois de várias simulações,
chegaram então à fórmula otimizada do Captopril.
Porque andar é preciso...
Porque pedalar é preciso...
Por Elaine Pereira
Figura 2. Esquema de otimização através de simulações de
Química Computacional para obtenção do Captropil. O Ácido
2-benzil-succínico, e o dipeptídeo alanina-prolina, reconhecidamente ativos no controle da hipertensão arterial serviram de
início para busca de uma molécula também anti-hipertensiva.
Este estudo foi prioritariamente realizado através de simulações
de química computacional.
Após estes resultados computacionais, a molécula foi
então sintetizada e submetida à testes biológicos até obter
a aprovação da agência reguladora americana FDA (Food and
Drug Administration) para ser comercializada no tratamento
da hipertensão arterial.
No laboratório de química computacional (LaQC) localizado no Centro de Estudos e Inovação em Biomateriais
Avançados (CEIMBA) da Universidade Federal de Itajubá
(UNIFEI), são realizados estudos de química computacional
envolvendo mecanismos de ação de fármacos anticancerígenos e outros processos que envolvem otimização de ação
de moléculas de fármacos antidepressivos e anti-hipertensivos, com o objetivo de entender como tais moléculas atuam
sobre o organismo, quais são as reações químicas que ocorrem do momento da administração do remédio até atingir
seu alvo biológico específico e ter então a ação terapêutica
desejada. Assim pretendemos fornecer explicações de como
estes processos ocorrem e indicar moléculas alternativas às
que já existem com eficácia semelhante ou melhorada para
o futuro tratamento de doenças.
Dra, Juliana Fedoce Lopes, Professora da UNIFEI e Pesquisadora
do CEIMBA. Doutora em Química pela Universidade Federal de Minas Gerais e Pós-Doutora em Química pela Massachusetts Institute
of Technology.
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Muitos estudos apontam para a necessidade das
pessoas praticarem exercícios físicos, não só para
manter um corpo esbelto, mas para o equilíbrio físico
e mental. Ter uma atividade física não apenas quebra
a rotina e o sedentarismo mas proporciona também
contato com outras pessoas.
Quando fazemos uma caminhada ou andamos
de bicicleta estamos mais atentos ao nosso entorno,
nosso olhar e nossos reflexos parecem despertar para
o que acontece a nossa volta.
Vivemos num momento em que o paradoxo da
atividade física para melhora da saúde incita a todos
a praticarem exercícios físicos, a caminharem, pedalarem... O incrível é que o “corpo cidade” também tem
pedido a mesma coisa. Nas grandes e médias cidades,
o transporte público sempre viveu em crise. Em geral,
vemos um sistema de baixa qualidade que não atende
à demanda da população que só cresce, e a insistência para se diminuir o uso de veículos individuais vai
por água abaixo, pois as pessoas que possuem recursos não deixam de utilizar seus veículos, que lhes
dão praticidade, para enfrentar filas intermináveis e
superlotação ou o que é igualmente ruim nas cidades
de porte médio, a falta de ônibus, linhas reduzidas
com intervalos de uma ou até duas horas. O resultado
é que nos grandes centros, hoje, carro não significa
agilidade, pois com o excesso de veículos, as vias
sempre estão congestionadas.
Podemos ousar fazer um paralelo, nosso corpo
físico precisa de oxigênio na circulação sanguínea e
nossas cidades também necessitam de oxigênio para poderem liberar suas vias de circulação. Então, a
aposta para ambos os casos e que tem sido bastante estimulada é o uso de bicicletas, que a depender
do percurso, acaba sendo mais rápida que os carros
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