VISÃO MUNDIAL
A resolução de ano novo para cientistas de bancada é sair do laboratório para estudar como a vida realmente funciona.
A viagem de Charles Darwin no HMS Beagle levou a um tesouro de observações: o comportamento de chocos, uma vespa ichneumon parasita banqueteando-se em lagartas vivas, fósseis de preguiças gigantes extintas e ‘mastodontes’. O resultado, é claro, foi sua teoria da seleção natural.
Darwin precisava do complexo mundo natural para inspirar sua teoria. Os biólogos moleculares de hoje geralmente se concentram em organismos específicos isolados e em ambientes cuidadosamente controlados que têm o mínimo de variáveis possível. Para ter certeza, isso rendeu descobertas impressionantes: vacinas de RNA contra COVID-19, bioluminescência para monitorar tumores, sequenciamento genômico para produzir melhores safras e muito mais.
Biólogos moleculares, inclusive eu, estudam o mundo nas menores escalas: cromossomos, estruturas subcelulares, proteínas, metabólitos. Mas, muitas vezes, esse foco e nossos laboratórios bem controlados nos privam da imagem mais completa. Perdemos o alcance da variação genética e como isso medeia as respostas fisiológicas e comportamentais às flutuações ambientais, tanto em indivíduos quanto em populações de organismos e através dos ecossistemas. O modo como a ‘luta pela vida’ de Darwin acontece foi amplamente inexplorado no nível molecular. Em minha opinião, os biólogos moleculares e celulares devem voltar ao mundo para estudar a vida em seu contexto natural.
Este ano, o Laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL), do qual sou diretor-geral, está lançando um programa chamado Moléculas para Ecossistemas que buscará novas maneiras de fazer exatamente isso. Por exemplo, vamos colaborar com ecologistas, zoólogos, cientistas ambientais e epidemiologistas. E planejamos lançar laboratórios móveis com tecnologias moleculares de ponta para explorar as interfaces terra-água em toda a Europa – áreas que abrigam poluentes e bolsões de resistência antimicrobiana.
Continue lendo após a publicidade este desafio proposto por uma das mais importantes biólogas do mundo.
Os biólogos moleculares estão acostumados com a multidisciplinaridade: implantamos física de raios-X e microscopia crioeletrônica para estudar DNA, RNA e estruturas de proteínas; química para compreender as vias metabólicas; e informática para analisar a variação, incluindo genomas e suas modificações epigenéticas. Podemos medir metabólitos no nível de uma única célula e usamos fluorescência para identificar organelas celulares e macromoléculas em sistemas multicelulares. Esses dados integram a variação genética com a variação fenotípica em células individuais, revelando associações que mostram como os micróbios (e outras células) funcionam em diferentes condições.
Por exemplo, no plâncton oceânico, alguns hospedeiros de microalgas simbióticas desencadeiam a expansão da maquinaria fotossintética simbionte para aumentar a produção de carbono, o que aumenta o sucesso ecológico em águas pobres em nutrientes. A capacidade de cultivar simbiontes de vida livre que imitam o microhabitat hospedeiro e entender como seu metabolismo e morfologia mudam pode levar a um novo pensamento sobre a fixação de carbono.
Os avanços tecnológicos também permitirão aos pesquisadores explorar organismos desde as costas vulcânicas até as profundezas do oceano. A amostragem em locais que variam em pH, poluição, nutrientes e salinidade oferecerá insights sobre a biodiversidade e como as mudanças naturais e causadas pelo homem a influenciam. As vias metabólicas costumam estar no centro das mudanças induzidas pelo ambiente. Esse trabalho pode e deve inspirar a análise metabolômica para avaliar como as toxinas funcionam ou solicitar imagens biológicas de alto rendimento para catalogar os efeitos morfológicos.
Tudo isso significa aplicar ferramentas de pesquisa básica – na natureza e no laboratório – para decifrar os mecanismos moleculares que fundamentam a variabilidade e a sobrevivência dos organismos. A pesquisa colaborativa no EMBL inclui como a nutrição afeta o fenótipo de uma anêmona do mar, o impacto potencial dos micróbios fixadores de nitrogênio chamados diazotróficos nos oceanos e como os antibióticos e outras drogas alteram o microbioma intestinal e a saúde humana.
Explorar a ‘vida em contexto’ é mais urgente do que nunca, porque esse contexto está mudando rapidamente. Em 2009, o biólogo sintético americano James Collins apontou uma tragédia do tempo: a primeira geração de cientistas com as ferramentas para lidar com as dimensões da biodiversidade na Terra também pode ser a última com a oportunidade de fazê-lo.
A colaboração multidisciplinar aprimora a pesquisa de todos. Por exemplo, o sistema de inteligência artificial AlphaFold, que prevê estruturas de proteínas em 3D a partir de sequências de aminoácidos, foi fruto de um trabalho envolvendo biólogos estruturais e especialistas em aprendizagem profunda. Dá aos pesquisadores uma vantagem inicial em qualquer problema envolvendo estruturas de proteínas. Da mesma forma, esforços cooperativos entre especialistas em aprendizado de máquina, biólogos e médicos estão criando ferramentas para orientar tratamentos personalizados para câncer.
Esses sucessos significam que todos os cientistas devem trabalhar juntos para examinar a variação genética e ambiental e como as mudanças humanas no planeta a afetam. Os biólogos moleculares podem contribuir para a solução de desafios globais, como lidar com mudanças climáticas, fontes de água poluída e sistemas alimentares insustentáveis. Por exemplo, uma maior compreensão molecular das comunidades ou plantações microbianas pode inspirar fontes alternativas de alimentos, ou biomateriais de micélio fúngico podem substituir os materiais convencionais que contribuem para as emissões de carbono.
Obter insights sobre como os organismos funcionam em diferentes condições requer que nos movamos além de nossa zona de conforto usual de pesquisa de laboratório – e olhar para áreas como solos áridos e rios e cidades poluídas, onde há uma verdadeira ‘luta pela vida’. Esses sites cruciais precisam ser atacados.
No decorrer de 2022, gostaria de pedir a todos os cientistas que estão lendo isso que considerem como interrogar o contexto natural em mudança em suas pesquisas.
• Edith Heard é diretora geral do Laboratório Europeu de Biologia Molecular em Heidelberg, Alemanha.
