Por uma nova engenharia

O Brasil está ficando para trás em uma área de fronteira do conhecimento, denominada "sistemas complexos", que é tão importante como a nanotecnologia e as terapias com células-tronco, nas quais o país tem investido e em que a nova área também se aplica.

O alerta é de Sérgio Mascarenhas, professor e coordenador do Instituto de Estudos Avançados (IEA) de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP). No início da década de 1970, quando foi reitor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), Mascarenhas idealizou e lançou o curso de engenharia de materiais, pioneiro na América Latina.

Segundo ele, o País deve investir agora na criação da engenharia de sistemas que interagem entre si e que são de alta complexidade, como são definidos os sistemas complexos. Ou, caso contrário, poderá ficar muito atrás de países como os Estados Unidos, que lideram nas pesquisas nessa nova área que reúne física, química, biologia, educação e economia, entre outras especialidades.

Em 2008, Mascarenhas fundou no IEA de São Carlos, juntamente com o professor do Instituto de Química da USP de São Carlos Hamilton Brandão Varela de Albuquerque e a professora do Instituto de Física Yvonne Primerano Mascarenhas, um grupo de trabalho em sistemas complexos para contribuir para o desenvolvimento de pesquisas na área no País.

Por meio de uma associação com o Nobel de Química de 2007, Gerhard Ertl, premiado por suas pesquisas em sistemas complexos, e com um aluno do cientista alemão na Coreia do Sul, os pesquisadores brasileiros estabeleceram uma rede internacional de pesquisas na área conectando os três países.

Agora, a proposta de Mascarenhas é fomentar no Brasil a criação de um programa de pós-graduação em engenharia de sistemas complexos para diminuir o atraso do País nessa área.

Professor aposentado da USP, Mascarenhas contribuiu para a criação da área de pesquisa em física da matéria condensada no campus de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP), no fim dos anos 1950; da Embrapa Instrumentação Agropecuária, no final da década seguinte, na mesma cidade, e da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), no começo dos anos 60.

Em 2007, Mascarenhas ganhou o prêmio Conrado Wessel de Ciência Geral e, em 2002, a Grã-Cruz da Ordem Nacional do Mérito Científico.

Professor visitante de diversas universidades estrangeiras, em suas pesquisas Mascarenhas tratou de assuntos diversos, como os eletretos, corpos permanentemente polarizados que produzem um campo elétrico e que seriam utilizados mundialmente na fabricação de microfones e aparelhos telefônicos.

No início da carreira, o pesquisador se dedicou ao estudo do efeito termo-dielétrico. Mais tarde, também realizou trabalhos na área de dosimetria de radiações (processo de monitoramento de radiação emitida), o que lhe permitiu, por exemplo, medir a quantidade de radiação existente em ossos de vítimas de Hiroshima.

Recentemente, Mascarenhas desenvolveu um método minimamente invasivo para medir pressão intracraniana que recebeu apoio da Organização Mundial da Saúde (OMS) para ser difundido no Brasil e em toda a América Latina. O projeto foi desenvolvido com apoio do Programa Fapesp Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE).

Agência Fapesp - O que é a engenharia de sistemas complexos?

Sérgio Mascarenhas - É uma engenharia de sistemas de sistemas. O que já existe é a engenharia de sistemas, que é aplicada em logística, em transporte e em sistemas construtivos, entre outras áreas. O que não existe é uma engenharia de sistemas que interagem entre si e que são complexos. O melhor exemplo de um sistema de sistemas é a internet, onde há desde pornografia até o Wikileaks e o Google.

Agência Fapesp - Em quais áreas a engenharia de sistemas complexos pode ser aplicada?

Mascarenhas - Ela se aplica não só a materiais mas em operações financeiras e no agronegócio, por exemplo, em que há uma série de problemas que influenciam a produção agrícola. Há o problema do solo, de defensivos e insumos agrícolas, de estocagem e transporte, por exemplo, para que toda a produção da região Centro-Oeste do Brasil seja exportada.

Agência Fapesp - São sistemas que envolvem muitas variáveis?

Mascarenhas - Exatamente. Todo sistema que apresenta muitas variáveis é um sistema complexo. E isso pode se agravar se a interação entre essas variáveis for não linear. Por exemplo, no agronegócio, se dobrar a produção de milho, se quadruplicar o preço do transporte do sistema logístico frente às dificuldades das estradas brasileiras, aí aparecem as chamadas não linearidades. Então, quando se tem um sistema complexo, as variáveis podem interagir não linearmente. Elas podem se multiplicar até exponencialmente.

Agência Fapesp - O que o motivou a encampar a criação no Brasil dessa nova área?

Mascarenhas - Neste ano se comemoram 40 anos da criação do curso de graduação em engenharia de materiais na UFSCar, que idealizei quando era reitor da universidade e que é um sucesso. Agora, achei que deveria propor algo mais moderno, voltado para o século 21. A engenharia de sistemas complexos é uma área nova e muito interessante e para qual não está sendo dada a devida atenção no Brasil. Se fala bastante no País em pesquisa em áreas como a nanotecnologia e células-tronco, mas não sobre a engenharia de sistemas complexos, que se aplica a todas essas áreas e na qual não estamos formando gente.

Agência Fapesp - Como essa nova engenharia poderia ser implementada no País?

Mascarenhas - A ideia seria criar um programa de pós-graduação em engenharia de sistemas para formar professores e pesquisadores nessa área. Não existe engenharia de sistemas complexos no Brasil e não há pesquisadores no país nessas áreas nem em faculdades tradicionais, como a Escola Politécnica da USP e as Faculdades de Engenharia da USP de São Carlos e da UFSCar. O que já existe no Brasil é engenharia de sistemas, mas não uma engenharia de sistemas que interagem entre si e que são de alta complexidade.

Agência Fapesp - Por que essa nova engenharia ainda não existe no Brasil?

Mascarenhas - Porque é uma área muito nova e no Brasil há uma preocupação em "tapar o buraco" de uma porção de outras engenharias, como a de materiais, de sistemas elétricos e até de meio ambiente, e se perde o futuro tratando do passado. É um atraso muito grande da engenharia brasileira ainda não atuar em sistemas complexos. Além disso, o problema dessas áreas novas é que é preciso ter bons contatos internacionais e políticas de Estado - e não de governo - para enfrentar algo que representa um risco.

Agência Fapesp - De que modo as pesquisas nessa área no Brasil poderiam ser articuladas?

Mascarenhas - Teríamos que ter uma rede. Hoje não se faz nada, se se quer ter impacto, sem falar em rede de pesquisa. Mesmo porque ainda somos tão poucos no Brasil que se não nos juntarmos em rede conseguiremos muita pouca coisa, por falta de massa crítica. Um centro de pesquisa nessa área não pode ser sediado só em São Carlos. Outras universidades também estão interessadas.

Agência Fapesp - Há algum grupo de pesquisa nessa área no Brasil?

Mascarenhas - No Instituto de Estudos Avançados da USP, em São Carlos, temos um grupo de trabalho sobre sistemas complexos. Essa é uma história interessante porque quem ganhou o prêmio Nobel de Química em 2007 foi um cientista alemão, chamado Gerhard Ertl, por suas pesquisas sobre sistemas complexos. E nós, no IEA, fizemos uma associação com o Ertl, na Alemanha, e com um aluno dele na Coreia do Sul. Então, agora temos em São Carlos uma rede de pesquisa sobre sistemas complexos integrando Berlim, São Carlos e a Coreia do Sul.

Agência Fapesp - Quais os países que lideram nas pesquisas em sistemas complexos?

Mascarenhas - O país que está na vanguarda nessa área são os Estados Unidos, com o MIT [Massachusetts Institute of Technology], com um centro que lida muito com questões bélicas. A própria guerra é um sistema complexo, porque nela há uma série de sistemas interagindo, como o de transportes, ofensivo, estratégico e de logística, para alimentar os soldados e transportar equipamentos e armamentos. Os militares lidam com sistemas de sistemas. Aliás, se olharmos para o passado, vemos que muitas aplicações de engenharia foram motivadas pelo poder bélico, como a internet, a robótica e bombas atômica e de fusão. O grande problema da humanidade hoje é criar instituições motivadoras de inovação que não sejam estimuladas apenas pela guerra militar, porque temos outras guerras para vencer. Tem a guerra da saúde, da educação, da violência urbana e muitas outras. E a engenharia de sistemas complexos pode ser aplicada para acabar com essas guerras sociais. Se o Brasil não aproveitar essa chance para ingressar nessa área, vamos ficar muito para trás em relação a outros países.

Fonte: Agência Fapesp

Retorno às origens

As pesquisas sobre doenças que atingem as células-tronco ganharam uma nova perspectiva. 

Um grupo de pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, integrado por um brasileiro, desenvolveu um método para estudar in vitro uma rara doença genética que pode servir de modelo e facilitar a pesquisa de outras doenças causadas pelo mau funcionamento do sistema celular.

O estudo foi descrito em um artigo publicado na edição de 22 de maio da Nature, cujo primeiro autor é o paulista Luís Francisco Zirnberger Batista. O pesquisador cursou doutorado em ciências biomédicas na Universidade de São Paulo (USP) com bolsa da Fapesp e, desde 2008, realiza pós-doutorado na universidade norte-americana.

Por meio da pesquisa, Batista e os pesquisadores dos Estados Unidos desenvolveram células pluripotentes induzidas (iPS, na sigla em inglês) de pacientes com disqueratose congênita - uma doença rara causada pelo rápido encurtamento de longas sequências repetitivas de DNA que ficam na extremidade dos cromossomos (os telômeros) - para estudar suas células-tronco.

Ao analisar essas células iPS, que são morfologicamente idênticas às células-tronco humanas, os pesquisadores conseguiram demonstrar, pela primeira vez, como funciona o mecanismo da doença, que varia de paciente para paciente dependendo das mutações em determinados genes de suas células.

Além disso, também observaram que as células-tronco dos pacientes com disqueratose congênita têm uma capacidade de se renovar extremamente reduzida. O que explica as diferenças da severidade da doença, que abrange desde problemas de pigmentação da pele até a falência da medula óssea.

"Agora, com essas células iPS temos uma sistema pelo qual podemos estudar em placa de cultura a disqueratose congênita. E isso pode servir de modelo para estudar outras doenças que atingem as células-tronco, como a anemia de Fanconi", disse Batista à Agência Fapesp.

De acordo com o pesquisador, os pacientes com disqueratose congênita apresentam problemas em tecidos, como a pele e a medula óssea, onde as células-tronco estão em constante divisão para formar células especializadas. E, a cada vez que essas células se dividem, elas perdem um pedaço do cromossomo - neste caso, os telômeros.

Em função disso, os telômeros das células de pacientes com disqueratose congênita vão se encurtando progressivamente em cada divisão celular até chegar a um ponto de crise cromossômica em que a célula para de se dividir (entra em senescência), morre ou gera instabilidade genética, o que pode induzir ao câncer e ao envelhecimento celular.

"Os pacientes com disqueratose congênita têm, por exemplo, problemas nas unhas, pele e falência da medula óssea, o que indica defeitos na capacidade de suas células-tronco manterem a estabilidade desses tecidos", explicou Batista.

Há cerca de 10 anos descobriu-se que a doença está relacionada à mutação de diferentes genes de um complexo de enzimas responsáveis pela manutenção dos telômeros, a telomerase. Porém, esse complexo de enzimas só é ativo em células-tronco ou progenitoras, que também têm a capacidade de se diferenciar em um tipo especializado de célula.

Para poder estudá-los, os pesquisadores decidiram pegar células da pele (fibroblácitos) de diferentes pacientes com disqueratose congênita e reprogramá-las para se tornarem células-tronco pluripotentes induzidas (iPS), conforme a técnica desenvolvida em 2006 pelo cientista japonês Shinya Yamanaka.

"Com essas células, podemos estudar uma forma de aumentar a eficiência da telomerase mutada que os pacientes com disqueratose congênita possuem. E mostramos no estudo que com terapia gênica é possível contornar a mutação desses genes", disse Batista.

Segundo o pesquisador, expressando telomerase mutada, os telômeros das células-tronco dos pacientes com disqueratose congênita mantidas em cultura foram encurtando progressivamente com o passar do tempo. E, quanto mais rápido o telômero das células em cultura encurtava, maior também era a severidade da doença nos pacientes.

Além disso, o encurtamento precoce do telômero fez com que as células tivessem uma vida em cultura muito curta, o que é uma característica incomum para células-tronco, que são capazes de se renovar em cultura por enormes períodos.

"O que vimos foi que o encurtamento do telômero das células desses pacientes acabou com a capacidade de autorrenovação dessas células, e acreditamos que é isso que ocorre com as células-tronco adultas desses pacientes. Elas não conseguem mais se dividir, porque os telômeros ficam muito curtos. E isso acarreta nos problemas que eles apresentam nos tecidos, que precisam se dividir com mais frequencia", afirmou Batista.

O estudo é o primeiro que utiliza células iPS indiferenciadas como modelo para estudos de doença que atingem as células-tronco.

Segundo Batista, os estudos realizados nos últimos dois anos com essas células foram voltados para pesquisar diferentes doenças não relacionadas às células-tronco. Além disso, nesses estudos as células iPS foram diferenciadas para analisar tecidos específicos, como células do sistema nervoso.

Já no estudo realizado pelo brasileiro e os pesquisadores norte-americanos, eles optaram por não diferenciar as células iPS de pacientes com disqueratose congênita, mesmo não tendo certeza se conseguiriam observar diferenças nelas.

"Ficamos muito felizes quando conseguimos ver que essas células iPS são o modelo perfeito para estudar a disqueratose congênita", afirmou.

A pesquisa teve a colaboração do professor da Universidade do Colorado e prêmio Nobel de Química de 1999, Thomas Cech, que também assina o artigo.

Ida aos Estados Unidos - O pesquisador brasileiro foi para os Estados Unidos no final de 2008, após terminar seu doutorado no Instituto de Ciências Biomédicas da USP, em que realizou uma pesquisa sobre reparo de DNA.

Com planos de continuar pesquisando sobre instabilidade genética, mas na linha de reparo de DNA para a manutenção de telômeros, Batista utilizou a reserva técnica de sua bolsa da Fapesp para participar de um congresso nos Estados Unidos em 2008 para fazer contatos com grupos de pesquisadores que estudam esse assunto.

A escolha recaiu sobre o laboratório do professor Steven Artandi, na Escola de Medicina da Universidade de Stanford, onde Batista realiza pós-doutorado com a prestigiada bolsa Pew de ciência biomédicas, que ganhou em 2009 da fundação norte-americana Pew Charitable Trusts.

O artigo Telomere shortening and loss of self-renewal in dyskeratosis congenita induced pluripotent stem cells (doi: 10.1038/nature10084) de Luís Francisco Zirnberger Batista e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com

(Elton Alisson da Agência Fapesp)

Laboratório público produzirá células-tronco em embriões

Unidades da linhagem brasileira de células-tronco pluripotentes induzidas, que podem se transformar em qualquer célula sem o uso de embriões, serão produzidas pelo Laboratório Nacional de Células-Tronco Embrionárias (Lance). O Laboratório, inaugurado nesta segunda-feira (30), vai funcionar na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). A primeira linhagem foi desenvolvida pela Universidade, no início deste ano. O investimento foi de R$ 4 milhões.

O Brasil está na frente, entre os cinco países do mundo que detêm a tecnologia das células-tronco. Está na vanguarda do conhecimento para doenças genéticas que não têm cura”, afirmou o ministro da Saúde José Gomes Temporão. A iniciativa ganha maior relevância pelo fato de o laboratório e a tecnologia estarem à disposição de uma universidade pública e um hospital universitário. Desde 2003 até o primeiro semestre de 2009, R$ 532,75 milhões foram investidos, pelo Ministério da Saúde, em 2.694 projetos científicos de universidades e instituições de pesquisa. 

O Brasil, no início deste ano, foi o quinto país a produzir células-tronco pluripotentes induzidas. A pesquisa foi coordenada pelos estudiosos Lygia da Veiga Pereira (da Universidade de São Paulo) e Stevens Rehen (da Universidade Federal do Rio de Janeiro). Os dois pesquisadores receberam financiamento do Ministério da Saúde, através da Rede Nacional de Terapia Celular (RNTC). A expectativa é de que o ano encerre com um investimento de R$ 3 milhões, para prosseguir os estudos. Com esse montante, os pesquisadores nacionais ficarão ao lado de outros da China, Estados Unidos, Alemanha e Japão.