A ANÁLISE EM TEMPO REAL DE PRODUTOS METABÓLICOS

Biólogos do ETH de Zurique desenvolveram um método que, pela primeira vez, faz com que seja possível medir a variação da concentração de várias centenas de produtos metabólicos simultaneamente e quase em tempo real. A técnica poderia inspirar a pesquisa biológica básica e a busca de novos agentes farmacêuticos.

ETH cientistas são capazes de medir numerosos metabolitos (vermelho e verde) em pontos um minuto usando um novo método. Crédito: Nicola Zamboni / ETH Zurich

Cientistas do ETH são capazes de medir numerosos metabolitos (vermelho e verde) em pontos em um minuto usando um novo método. Crédito: Nicola Zamboni / ETH Zurich

Genômica, proteômica, metabolômica. Os cientistas que trabalham em um campo que termina com as “ómicas”, a analise da totalidade de algo. No caso da metabólica, é a totalidade dos metabolitos de uma célula ou organismo. Os grupos de Uwe Sauer, professor de Biologia de Sistemas na ETH Zurique, e Nicola Zamboni, líder do grupo no Instituto de Biologia Molecular Systems estão entre os líderes nesse campo. Eles desenvolveram agora um método pelo qual se pode identificar a concentração de centenas de metabolitos simultaneamente, quase em tempo real.

A análise de todos os metabolitos de uma só vez não é particularmente fácil, já que os metabolitos são uma classe muito diversificada de substâncias biológicas. Varios açúcares, gorduras, materiais mensageiros e aminoácidos. Vários pertencem a este grupo. Assim, são moléculas completamente diferentes A única semelhança é que eles são pequenos, pelo menos em comparação com proteínas e moléculas de RNA que ocorrem em grande escala em células”, explica Sauer.

O alto rendimento metabolômica

Os resultados de uma experiência: positivo (amarelo) e alterações (magenta) de concentração negativos ao longo do tempo estão indicadas por quase 300 metabolitos. Crédito: Ligação H et al. Nature Methods 2015

Os resultados de uma experiência: positivo (amarelo) e alterações (magenta) com  concentração negativas ao longo do tempo estão indicadas por quase 300 metabolitos. Crédito: Ligação H et al. Nature Methods 2015

Durante muito tempo, a medição simultânea de centenas de metabolitos em um fluído – por exemplo, urina ou sangue – ou em células era muito demorada. A maioria dos biólogos utilizava métodos em que a mistura de substância foi separada primeiro por cromatografia e em seguida foram identificados os produtos separados em um espectrometro de massa.

Há alguns anos, Sauer, Zamboni e seus colegas desenvolveram um método que fez da separação cromatográfica desnecessária. “Nós agora podemos analisar uma amostra diretamente em um espectrômetro de massa e filtrar as informações sobre os ingredientes de uma enorme quantidade de dados usando um software que nós desenvolvemos”, diz Sauer. Eles identificaram de 300 a 800 metabolitos diferentes em uma amostra que leva apenas um minuto, o que significa que é possível fazer a análise de milhares de amostras em um dia – que anteriormente era um sonho – agora se tornou uma realidade.

Os resultados de uma experiência: positivo (amarelo) e alterações (magenta) de concentração negativas ao longo do tempo estão indicadas por quase 300 metabolitos.

Medições dinâmicas automatizadas

“O sucesso deste método de medição de alto rendimento nos deus a idéia de medir em tempo real”, diz Sauer. Isso é útil porque o metabolismo reage muito rapidamente a estímulos de mudanças”. Se, por exemplo, você brilhar uma luz em uma planta no escuro, as concentrações de seus metabólitos mudaram em apenas alguns segundos” os dados precisos de uma alteração da concentração em resposta a novos estímulos é importante e tem informação significativa na biologia.

Os cientistas do ETH implementaram sua ideia de medição em tempo real, utilizando diferentes células em uma cultura: duas espécies de bactérias, uma levedura e um com células de ratos. Os pesquisadores deixar as células crescerem em um meio diretamente ao lado de um instrumento de medição. Um sistema de bomba automática extraía uma pequena quantidade a da cultura de células a cada 10 segundos de modo a analisá-los no instrumento.

Bactérias em stand-by

Os pesquisadores não só conseguiram provar que, em princípio, tais medições on-line são possíveis com todos os tipos de culturas de células; graças à sua tecnologia, mas eles também ganharam novos insights sobre como a bactéria E. coli mudar de um modo ‘stand-by’ em uma fase de crescimento. Eles permitem que as bactérias morram de fome por duas horas, mantendo-as no meio de crescimento sem açúcar. Como consequência, as bactérias mudam para o programa “stand-by” para cessar a produção da maioria dos metabolitos e quebrar as já existentes a fim de ganhar energia para a sobrevivência. Após esta fase de fome, os cientistas novamente voltam com as bactérias usando açúcar. Dentro de um minuto, as células retomam a produção de metabólitos, a fim de crescer e se dividir.

No entanto, os cientistas foram perplexos com o comportamento de 10 dos cerca de 300 metabólitos estudados, que se comportaram de forma diferente da maioria: sua concentração era aumentada durante a fase de fome e diminuía durante a fase ideal de alimentação. Os pesquisadores acreditam que estes são metabólitos principais que influenciam um interruptor extremamente rápido do metabolismo geral entre as duas fases. Estes 10 metabólitos são específicos, oito aminoácidos – os blocos de construção das proteínas – e duas moléculas, a partir do qual as células produzem blocos de construção de DNA e RNA. E eles têm uma coisa em comum: as células gastam uma grande quantidade de energia para produzi-los. “Nós assumimos que as células não quebram esses blocos de construção valiosos durante a fase de fome, mas sim salva-os para ter as melhores condições de partida possíveis para a fase de crescimento subsequente”, diz Sauer.

Usando um modelo de computador de sistemas biológicos, os cientistas foram capazes de mostrar como a regulação funciona: os 10 metabólitos salvos durante a fase de inanição impediram as células de produzir mais deles, no início da fase de crescimento por meio de um mecanismo de feedback. Como resultado, as células não desperdiçaram energia na construção dos 10 metabolitos, mas de seus recursos para a síntese de outras moléculas.

Úteis no desenvolvimento de medicamentos

Sauer está fazendo um novo método em tempo real para a comunidade científica. “É um método muito útil para obter uma primeira visão geral de como as células reagem a um estímulo externo. Isto faz com que seja adequado para a análise de todos os processos metabólicos que ocorrem ao longo de um período de tempo de meia hora a várias horas”, ele diz. Ele vê possíveis aplicações não só na pesquisa biológica básica, mas também, por exemplo, no rastreio de potenciais novos agentes farmacêuticos. Isso tornaria possível descobrir como a droga altera o metabolismo – um método que o grupo de Sauer usa agora para tais investigações.

Marinno Martins

Fonte: Phys.org

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s