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ANÁLISE

Texto baseado no relato de acontecimentos, mas contextualizado a partir do conhecimento do jornalista sobre o tema; pode incluir interpretações do jornalista sobre os fatos.

Com IA, equipe com brasileiro revela como coronavírus se conecta às células

Micrografia eletrônica de uma célula (verde) fortemente infectada com partículas do vírus Sars-CoV-2 (amarelo), isolada de uma amostra de paciente - Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas (NIAID, na sigla em inglês)
Micrografia eletrônica de uma célula (verde) fortemente infectada com partículas do vírus Sars-CoV-2 (amarelo), isolada de uma amostra de paciente Imagem: Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas (NIAID, na sigla em inglês)
Daniel Schultz, Monica Matsumoto, Shridhar Jayanthi, Guilherme Pimentel , Luiz Gustavo Martins e Cristina Schultz

sobre os colunistas

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi

Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Guilherme Pimentel

Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda, onde trabalha com novas teorias para explicar a expansão acelerada do Universo. Possui graduação em engenharia eletrônica, mestrado em física pelo ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) e doutorado em física na Universidade de Princeton. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas.

Luiz Gustavo Martins

Luiz Gustavo Martins é engenheiro químico, mestrado em física pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente é doutorando no MIT (Massachusetts Institute of Technology), na área de física do estado sólido experimental, onde trabalha espectroscopia óptica em materiais bidimensionais (com poucos átomos de espessura) e física de altas pressões.

Cristina Schultz

Cristina Schultz é oceanógrafa formada pela USP (Universidade de São Paulo), com mestrado em meteorologia pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e doutorado em oceanografia química pelo WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) e o MIT (Massachusetts Institute of Technology). Atualmente é cientista visitante na Universidade de Princeton, no NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) e no Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (Laboratório de Dinâmica de Fluidos Geofísicos). Sua pesquisa combina o uso de dados coletados em cruzeiros oceanográficos, dados de satélite e modelos climáticos para entender as consequências das mudanças climáticas na química do oceano e no ecossistema marinho.

Monica Matsumoto

27/04/2021 04h00

Cientistas do mundo todo têm se dedicado à pesquisa do Sars-Cov-2 na tentativa de desenvolver formas de prevenir e curar a covid-19. Um brasileiro foi destaque na ciência e ganhou prêmio da prestigiosa associação de computação ACM.

Julio Maia é cientista na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, especialista em química computacional e simulações híbridas de mecânica quântica e molecular. Em seu estudo, Júlio e colegas usaram sistemas moleculares para descrever a dinâmica das espículas (ou proteína "spike") da membrana do coronavírus.

É através da espícula que o vírus se conecta ao receptor da membrana celular (chamado ACE2) e infecta a célula humana. Não é qualquer região da espícula que tem essa capacidade de se conectar. Mas existe uma região específica que funciona como uma chave, cuja fechadura é o receptor da célula humana.

Para entender melhor as interações moleculares, um software chamado NAMD pode simular o funcionamento estrutural de átomos da membrana, dinamicamente, e em ambientes complexos.

A estrutura tridimensional das moléculas da membrana determina em grande parte seu funcionamento. As proteínas têm função bioativa relacionada a esta disposição tridimensional e seus elementos se dobram e entrelaçam dependendo dos componentes da proteína. Assim, a espícula tem estados aberto e fechado, que determinam sua interação com o receptor ACE2.

Estudos deste tipo são muito relevantes à investigação do coronavírus Sars-Cov-2.

Uma vez desvendados os mecanismos de infecção, pode-se desenhar ou testar fármacos que possam interromper o ciclo de infecção ou ativar a produção de antígenos específicos.

Os cientistas também estudaram outra região importante da membrana: os "escudos de glicanas". Essas estruturas são constituídas de polissacarídeos, "camuflam" o vírus e retardam a ação do sistema imunológico para combater a replicação do coronavírus.

A pesquisa de Júlio descreveu o mecanismo e papel deste escudo na infecção por coronavírus. Além disso, os cientistas elucidaram a interação dinâmica da espícula com o receptor ACE2.

Uma grande contribuição foi descobrir que dois tipos de glicanas são parte da modulação da "chave" da espícula, não apenas em função de camuflagem.

Os cientistas contribuíram também no entendimento de que o receptor ACE2 é bem flexível e pode fazer movimentos amplos perto da membrana, e isso tem papel importante no mecanismo de infecção.

O prêmio Gordon Bell ACM foi lançado em 2020 para estudos de covid-19 baseados em HPC (computação de alto desempenho). Além da relevância para a doença, o trabalho é inovador ao demonstrar a eficiência computacional aplicada a este tipo de estudo.

Os autores premiados demonstraram uma forma multiescala de simular as estruturas moleculares ao longo do sistema complexo: todos os átomos da membrana viral mais o receptor e membrana celular.

O grande desafio de analisar a membrana e região de espícula é de lidar com mais de 300 milhões de átomos, e simular as estruturas e interações moleculares. Um problema com essa ordem de magnitude demanda também inovação computacional.

Esse processo foi direcionado por inteligência artificial (IA), que facilitou chegar aos resultados desse estudo.

Além do conhecimento já conquistado, a pesquisa poderá ser testada em mais estudos para o coronavírus Sars-CoV-2 ou outros vírus que venham a aparecer. Mais um avanço para enfrentarmos essa e outras epidemias que virão.

** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do UOL