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Fotomontagem de Jornal da USP com imagens de Freepik e Jonathunder
Química do “clique” ganha o prêmio Nobel de 2022; técnica é aplicada em pesquisas na USP
Método que resulta na simplicidade e funcionalidade na construção de moléculas deu a cientistas o prêmio em 2022. Na USP, pesquisadora aplica a técnica para entendimento das reações no cérebro que podem favorecer o aparecimento de doenças neurodegenerativas; um dos premiados colaborou na criação de núcleo que estuda química medicinal em São Carlos
Texto: Ana Fukui e Júlio Bernardes
Arte: Guilherme Castro
Uma série de proposições ousadas pode transformar a produção de substâncias químicas em uma atividade mais eficiente, econômica e com poucos resíduos poluentes. Em primeiro lugar, trata-se de abandonar a ideia de imitar a natureza. Em vez disso, Barry Sharpless, laureado pela segunda vez com o Prêmio Nobel, propõe que as moléculas produzidas funcionem de maneira similar ao que já existe, mas com uma disposição mais simples, feitas a partir de pedaços já existentes, agrupados por meio de pontes de nitrogênio e átomos de oxigênio e que tenham como principal solvente a água, por ser acessível e barato. Dessa forma, Sharpless imaginou, era como juntar peças de diferentes tamanhos, com os encaixes todos iguais, tal qual um brinquedo Lego.
A busca por reações químicas que atendessem aos requisitos estabelecidos no que foi chamado de “química de cliques” envolveu as descobertas do segundo laureado, Morten Meldal em um laboratório na Dinamarca. Sua pesquisa consistia em mapear milhares de substâncias diferentes e avaliar o potencial de interação entre elas por meio de experimentos no laboratório. Num destes testes de rotina, uma das reações chamou a atenção por suas propriedades e acabou se tornando a principal substância da química de cliques: a cicloadição azida-alcília catalisada por cobre, que pode unir diferentes moléculas da forma com que Sharpless havia proposto. Embora o resultado obtido tenha sido extraordinário, ele tinha um limite. Não havia sido projetado para produzir substâncias usadas pelos seres vivos. Portanto, a princípio não poderia ser aplicado para medicamentos, por exemplo.
Barry Sharpless (Scripps Research Institute, La Jolla, EUA), Morten Meldal (Universidade Técnica da Dinamarca) e Carolyn Bertozzi (Universidade de Stanford, EUA) - Foto: Reprodução/Wikimedia Commons
A aplicação da “química de cliques” em seres vivos aconteceu por meio das pesquisas de Carolyn Bertozzi, que estudou durante quatro anos as moléculas de glicano, carboidratos complexos que podem ficar na superfície de proteínas e células e atuam em diversos processos biológicos. A etapa seguinte foi buscar meios de se construir uma espécie de alça química que se juntasse aos glicanos e tornasse possível mapeá-los. Para isso, ela usou moléculas fluorescentes numa reação chamada de bioortogonal, isto é, não interfere em nenhum dos processos químicos dos seres vivos.
Quando Carolyn Bertozzi passou a considerar as reações da “química de cliques” em seu trabalho, seu principal obstáculo foi a presença do cobre, que é tóxico. Portanto, ela precisou adaptar a estrutura descoberta por Morten Meldal para funcionar em seres vivos sem prejudicá-los. A solução encontrada foram os alquinos, uma classe de moléculas de carbono estáveis devido a uma ligação tripla entre dois deles. Dessa forma, os glicanos passaram a servir de base para uma série de atividades de pesquisa, tais como o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento de câncer, as interações entre biomoléculas etc. O Prêmio Nobel deste ano se destaca por valorizar aspectos teóricos inovadores que foram postos em prática ao longo dos anos 2000 e têm grande potencial em diversas áreas.
Colesterol
A “química de cliques” faz parte das pesquisas do grupo da professora Sayuri Miyamoto, do Departamento de Bioquímica do Instituto de Química (IQ) da USP. “As reações de ‘cliques’ são usadas em estudos sobre lipídios oxidados, principalmente o colesterol, que modificam proteínas no interior das células, e sua relação com as doenças neurodegenerativas”, relata ao Jornal da USP. “O colesterol é um lipídio muito abundante no cérebro humano e, com o envelhecimento, aumenta a sua oxidação e, em consequência, a sua reatividade com as proteínas, o que pode favorecer a criação e acumulação de agregados proteicos, que são associados a essas doenças.”
Sayuri Miyamoto, professora do Instituto de Química da USP - Foto: Reprodução/Twitter
“O ‘clique’ é uma reação química específica em que são empregadas duas moléculas, o alcino e a azida, para gerar reações químicas onde há o acoplamento rápido e eficiente entre moléculas”, explica a professora do IQ. “No nosso grupo de pesquisa, usamos as duas moléculas, que se conectam rapidamente ao colesterol oxidado e as proteínas modificadas. Isso permite sua detecção e identificação por espectrometria de massas, em especial, no caso das proteínas, que são alvos de modificação importante nas células.”
Sayuri aponta que a aplicação da técnica de “cliques” requeria o uso de íons de cobre com o alcino e a azida, o que impedia experimentos com células devido à toxicidade do metal. “Graças aos desenvolvimentos feitos por Carolyn Bertozzi, o método proposto por Barry Sharpless e testado por Morten Meldal pode ser adotado em pesquisas com organismos vivos”, observa. “Um dos méritos do prêmio está no fato da técnica facilitar as pesquisas sobre interações entre moléculas, como no caso dos lipídios oxidados e das proteínas modificadas, o que nesse caso permite identificar alvos moleculares que possam, no futuro, contribuir no desenvolvimento de estratégias terapêuticas para doenças neurodegenerativas.”
Colaboração
Agraciado pela segunda vez com o Nobel de Química (a primeira conquista ocorreu em 2001 por outro trabalho na área), o pesquisador Barry Sharpless possui antiga relação de colaborações científicas com o Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da USP, onde já esteve algumas vezes. Em 2010, por exemplo, foi homenageado com uma medalha de honra ao mérito entregue pelo então vice-diretor Germano Tremiliosi Filho e pelo professor Carlos Alberto Montanari.
Sharpless sempre apoiou o desenvolvimento do IQSC e uma de suas mais importantes contribuições foi a participação na criação do Grupo de Química Medicinal (NEQUIMED), referência no estudo e desenvolvimento de candidatos a fármacos para diferentes patologias. Coordenado pelo professor Montanari, o grupo tem como foco a realização de trabalhos voltados para o combate a doenças tropicais negligenciadas, como a doença de chagas e leishmanioses. Pesquisas direcionadas para o câncer e, mais recentemente, para o enfrentamento da covid-19 também são desenvolvidas.
De acordo com a mensagem da diretoria do IQSC sobre a premiação, divulgada em 5 de outubro, “o professor Sharpless é um pesquisador que desafia a especialização. É um pensador criativo que sintetiza inovações! Quando visitou o IQSC, enfatizou o que havia pronunciado por ocasião do primeiro prêmio em 2001: ‘A disciplina, no entanto, é exigente: tudo o que pode ser observado deve ser observado. O objetivo é sempre encontrar algo novo; e, melhor ainda, até então inimaginável’. E completou, ‘o que o oceano é para uma criança, a tabela periódica é para o químico…’. A mensagem completa, publicada no site do IQSC, pode ser lida aqui.
Com informações da Nobel Prize Foundation e da Assessoria de Comunicação do IQSC
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