Origami de Grafeno

William Hiroyuki Endo

 

   Por séculos, praticantes do origami, a arte de dobradura japonesa, transformaram pedaços de papel em belas e complexas estruturas tridimensionais. Aproveitando-se desta técnica, cientistas e engenheiros vêm tentando adaptá-la em materiais bidimensionais para transformá-los em estruturas “3D”, sejam elas em macro ou micro escala.

   Pensando nisto, pesquisadores da Universidade de Cornell (EUA) realizaram pesquisas com o grafeno, um alótropo bidimensional do carbono de espessura monoatômica e perceberam que ele é muito semelhante a uma folha de papel, podendo ser dobrado e amassado como ela. Explorando esta natureza, a equipe utilizou os princípios de kirigami, uma variante do origami que inclui o corte, para criar dobradiças e molas de grafeno.

   “Foi realmente apenas curiosidade e diversão”, disse Paul McEuen, que liderou a equipe de pesquisadores. “Nós estávamos falando sobre o que fazer com um pedaço de papel atomicamente fino e a óbvia ideia de fazer esses tipos de artes de papel veio à tona.” Os pesquisadores primeiro modelaram o grafeno e, em seguida, removeram as peças não desejadas usando um plasma de oxigênio.

Grafeno pode ser usado para criar molas que mantêm a sua condutividade quando esticado. (Barra de escala de 10 microns) © McEuen Group, da Universidade de Cornell

 

   Eles descobriram que as suas criações de kirigami mantinham a sua forma. Apesar da dobradiça ter apenas um átomo de espessura ela ainda estava intacta depois de ser aberta e fechada 10.000 vezes. Do mesmo modo, a extensão da mola de grafeno não afetava as suas capacidades condutoras. As aplicações destes resultados são potencialmente vastos, a equipe afirma que a técnica pode ser utilizada, por exemplo, na produção de dispositivos eletrônicos e sensores flexíveis.

   Este é um trabalho notável que abre novos caminhos para sistemas nano-eletromecânicos e também contribui para a nossa compreensão das membranas de grafeno”, diz Jannik Meyer, da Universidade de Viena, na Áustria, que não esteve envolvido no estudo. No entanto, ele salienta a necessidade de mais pesquisa: ‘Estou ansioso para ver se esses dispositivos também podem operar fora da solução líquida, que é um próximo passo importante para a realização de seu potencial.

 

 

Referências

http://www.nature.com/articles/nature14588.epdf
http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/07/kirigami-graphene-makes-microscale-devices-springs-hinges
http://www.compoundchem.com/2015/08/02/twic02082015/

A Emergência da Vida

Jonatas Erick Maimoni Campanella

   Desde os tempos primórdios, somos rodeados por grandes perguntas, tais como “Quem somos?”, “De onde viemos?”, “Para onde vamos?”, questões muitas vezes levantadas pela biologia através dos séculos. Hoje está claro que tudo surgiu a partir do Big Bang. Mas, quando pensamos na grande “explosão” (que não foi uma explosão de fato, mas deixaremos isso para outra oportunidade) sempre pensamos em algo caótico, em um alto grau de desordem.

   Todavia, temos a formação de grandes galáxias, planetas altamente organizados, e quando explode uma estrela, surge uma supernova e de todo esse caos, surge certa ordem. Os átomos do nosso corpo são os mesmos encontrados no universo. Afinal, somos todos “poeiras das estrelas”. Isso é muito interessante, pois a segunda lei da termodinâmica diz que a entropia é sempre crescente para processos espontâneos, que a desordem tem que aumentar. Ainda assim, podemos observar ordem emergindo, nossas células já são exemplos disso. E é isso que chamamos de emergência. Veja bem, caro leitor,  isso não significa numa quebra da segunda lei, apenas uma observação de que nem sempre aumento de entropia implica em um sistema altamente desorganizado.

   Toda vez que complexidade e ordem surgem espontaneamente a partir de um grande numero de interações simples, chamamos de emergência. Grãos de areia no deserto se chocam um no outro pelo vento, obedecendo as leis básicas da física clássica, e formam grandes dunas, com seus padrões e desenhos. Cardumes de peixes formam grandes figuras no mar. O mesmo pode ser observado para aves e morcegos. Ficar juntos, mas não tanto, procurar alimento e evitar predadores. (Figura 1).  Regras simples capazes de formar organizações complexas. É dessa forma que muitos cientistas acreditam que a vida surgiu na terra. Que a emergência poderia, pelo menos, ter criado os primeiros ingredientes essenciais para a vida.

Figura 1 . Exemplos de Emergência na natureza.

   No passado, as constantes tempestades e o alto número de compostos solubilizados na água que condensava da atmosfera, possibilitou o surgimento de compostos anfifílicos capazes de se organizar em micelas, acredita-se que esses compostos expunham sua região hidrofílica para fora, interagindo com a água e deixavam sua parte hidrofóbica para dentro, protegido da água. Com o passar do tempo, essas micelas passaram a ser formadas por bicamadas, chamadas de lipossomos, possibilitando o surgimento de verdadeiros arsenais de reações químicas (Figura 2). É importante deixar claro, que não foi o DNA, nem as proteínas que provavelmente surgiram primeiro, mas sim, a bicamada lipídica, pois foi com o surgimento dela que se possibilitou o ambiente ideal para o surgimento da vida.

Figura 2. Esquema de um lipossomo (membrana primitiva) e o modelo do mosaico fluido encontrado em membranas plasmáticas modernas.

   Stanley Miller e seu orientador Harold C. Urey, em 1953, realizaram um experimento muito inteligente que provou que a vida não surgiu por meio de um milagre, que a química e a física poderiam explicar o seu surgimento na atmosfera primitiva. O famoso experimento era constituído de um balão contendo gases comuns, como metano, amônia, gás carbônico e vapor d’agua excitados por faíscas, seguidos de uma condensação. A análise do material condensado surpreendeu a comunidade científica da época, pois continha aminoácidos e ingredientes precursores de lipídeos, açúcares e nucleotídeos (figura 3).

Figura 3. O experimento de Stanley Miller; Retirado do livro “The Emergence of Life: From Chemical to Synthetic Biology” de Pier Luigi Luisi.

   Com tudo isso presente na água dos oceanos, cada vez mais essas pequenas micelas foram tornando-se mais complexas. Acreditam-se que as primeiras formas de vida, surgiram ao envolver moléculas presentes no meio de tal forma que elas encontravam no interior da micela, condições de pH e salinidade ideais para interagir, dando inicio ao material genético. Segundo Pier Luigi Luisi, professor de Química Macromolecular da Universidade de Zurique, Suíça, primeiramente teria surgido o RNA, que possibilitou o surgimento do ribossomo e a união dos dois deu origem a enzimas proteicas capazes de sintetizar moléculas de DNA, processo semelhante a uma transcriptase reversa presente em retrovírus.

   Com o surgimento dessas enzimas, foi possível sintetizar mais DNA, duplicando usando a dupla fita como molde e essa passou a ser a macromolécula mais importante dos seres vivos, pois ela era capaz de passar informação e a forma como essa informação era lida, foi o que Francis Crick chamou de “Dogma Central da Biologia Moderna”, a forma com que o DNA faz proteínas.

   Sabe-se que essa sequencia de fatores específicos como a leitura e o armazenamento da informação do gene em uma molécula de RNA mensageiro, a consequente tradução do mesmo por moléculas de ribossomos presentes do citosol e a origem de proteínas pela condensação de aminoácidos por ligações peptídicas caracteriza todo um processo que pode ser observado em todas as células, várias vezes ao dia, em todos os organismos do planeta Terra. Por isso, podemos considerar que esse processo foi a otimização da emergência, pois a partir de agora, o que iria definir a sobrevivência de um organismo ou não é a seleção natural (mas por hora ficaremos apenas na emergência da vida, a forma como ela foi tornando mais complexa e as contribuições de Darwin para a ciência deixaremos para o próximo texto).

Para saber mais sobre o assunto, visto que, esse é apenas um texto introdutório, sugiro a leitura do livro: “The Emergence of Life: From Chemical to Synthetic Biology” de Pier Luigi Luisi. 

Referências:

 

REDA, Daniel. Fundamentos de Biotecnologia – parte 1.

Acesso em: 15/04/2013

(http://www.youtube.com/watch?v=vUex0mGuv-s&feature=related)

 

LUISI, P. L. The Emergence of Life; From Chemical Origin to Sybtetic Biology. Cambridge University Press. 2006.

Primavera Silenciosa: do retrospecto da autora à resenha da obra

Primavera Silenciosa: do retrospecto da autora à resenha da obra

Bruna Larissa Gama Cavalcante

 

Com o dom da palavra e da eloquência, Rachel Carson revolucionou a história ambiental do planeta, principalmente dos Estados Unidos, país onde nasceu e escreveu o último dos seus livros e também o mais polêmico, “Primavera Silenciosa” (Silent Spring).

 

A autora

Rachel Carson nasceu em Springdale, Pensilvânia, em 1907 e, sob a influência materna, acostumou-se a observar a natureza e seus encantos desde a infância. Formada em biologia na Faculdade da Pensilvânia para mulheres, R.C. [1] apaixonou-se pelo mar quando teve a oportunidade de estudar no Laboratório Biológico Marinho de Woods Hole, tornando-se, assim, uma bióloga marinha; mas que passou a escrever artigos para um jornal dos Estados Unidos, o Baltimore Sun, devido à falta de oportunidade na área das ciências para as mulheres, na década de 1930.

Nos anos seguintes, R.C. adquiriu experiência na escrita e juntou o que sabia fazer de melhor, escrever e ser bióloga marinha; assim, publicou três livros: “Beira-mar”, “O mar que nos cerca” e “Sob o mar-vento”, todos com o enfoque na sua especialidade, o mar. Estes livros a consagraram como uma das maiores escritoras da área das ciências nos Estados Unidos, pois a sua linguagem concisa e fácil de entender conquistou tanto os cientistas quanto os leigos que se interessavam pelo assunto.

Porém, a partir de janeiro de 1958, de alguma forma, tudo mudaria na sua vida. Nesta época, R.C. recebeu uma carta de sua amiga jornalista Olga Owens Huckins relatando a amarga experiência de ver seu quintal repleto de pássaros mortos devido a pulverizações aéreas de DDT [2]. E foi assim que despontou em R.C. a necessidade de escrever um livro sobre o que a afligia já há algum tempo, o uso indiscriminado de agrotóxicos em todo tipo de ambiente, seja este natural ou artificial.

A obra

Primavera Silenciosa surgiu a partir de extensas pesquisas durante quatro anos, contando com a colaboração de cientistas de diversos países. Lançado em setembro de 1962, provocou uma verdadeira reviravolta nos movimentos ambientalistas nos Estados Unidos e uma ira imensa por parte das indústrias químicas produtoras de inseticidas, herbicidas e fungicidas e os cientistas comprometidos com sua produção e pesquisa.

Este livro pode ser considerado uma compilação (ou metaforicamente, uma verdadeira “colcha de retalhos” muito bem concatenados) de inúmeros fatos históricos e pesquisas e seus resultados sobre as substâncias usadas como inseticidas e herbicidas nos Estados Unidos e em outras partes do globo a partir da década de 1940, ao que a autora chama de “Era dos venenos”. Além de registros, dentro da própria prosa, há diversas notas de opinião da autora, recheadas de ironias, desaprovações e indagações ao leitor.

Com uma metodologia alarmista e persuasiva, o livro começa com um relato de uma cidade harmoniosa, que ficou infestada por uma praga e que, de repente, uma série de acontecimentos cruéis com as pessoas, animais e vegetações ocorreu. Isto aconteceu porque houve a pulverização de veneno contra a praga que atingira a cidade. Ao final, R.C. diz que aquela cidade não é real, entretanto, cada acontecimento ali relatado ocorreu em alguma cidade dos Estados Unidos; enfim, o primeiro capítulo é a junção de todos os relatos descritos nos capítulos subsequentes.

À medida que se avança na leitura, é notável que o livro segue uma lógica. A preocupação que a autora tem de situar o leitor no tempo e no espaço e de explicar-lhe os termos das ciências e as substâncias químicas fica evidente logo nos primeiros capítulos. Desse modo, a cada capítulo lido, o leitor leva uma bagagem para compreender o capítulo seguinte. A exemplo, o terceiro capítulo, “Elixires da morte”, é totalmente reservado para descrever as substâncias químicas presentes em inseticidas os quais o livro tratará logo adiante. No capítulo, são apresentadas fórmulas estruturais de algumas substâncias, a história de algumas delas e suas propriedades. Do contrário, não faria sentido relatar a gravidade da situação se não houvesse uma explicação prévia dos efeitos dessas substâncias no ambiente e sua composição química.

Nos próximos capítulos, há inúmeros casos de como a pulverização de substâncias tóxicas afetaram negativamente diversos setores da natureza na tentativa de controlar os insetos e as plantas julgados daninhos. Esses setores são: as águas de rios e mares, os solos, a vegetação, a fauna silvestre e de criação, as águas subterrâneas e os seres humanos. Em todos esses relatos, R.C. deixa claro que não é expressamente contra esses métodos de controle de “pragas”, mas que achava completamente errado que fossem aplicados inseticidas e herbicidas sem saber ao certo o seu efeito sobre a natureza.

Segundo o que diz a autora, quando eram feitas pesquisas para saber quais os efeitos das substâncias sobre os animais, elas eram feitas sob condições completamente artificiais e isoladas, em ambientes laboratoriais, muito diferentes dos ambientes encontrados em florestas e em fazendas. Todavia, movidas pelo capitalismo, as indústrias químicas investiam cada vez mais em pesquisas para sintetizar novas substâncias para matar os insetos e as plantas indesejados e não contavam que prejudicariam os setores da natureza já descritos de forma tão grave como traçado pela autora.

Apesar de escrito entre o final da década de 1950 e o início da de 1960, o livro Silent Spring permanece com uma contemporaneidade admirável, que se encaixa nos tempos modernos do século XXI de uma forma quase perfeita. “Quase” perfeita, porque o contexto atual é completamente distinto do contexto de há mais de 50 anos, como exemplo, há as constantes referências à radiação. Na época em que foi escrito, havia menos de 20 anos que a Segunda Guerra Mundial acabara, ainda estava fresca na memória das pessoas a destruição causada pela bomba nuclear lançada em Hiroshima e em Nagasaki e os efeitos da radiação. Além disso, os Estados Unidos passavam pela Guerra Fria e, desse modo, havia uma tensão política no país que levava à iminente ideia de ataques nucleares. Com essa situação, R.C. conseguia fazer analogias aos efeitos maléficos das substâncias tóxicas utilizadas e chamar a atenção de cientistas e interessados no assunto.

Ao final, são apresentados alguns meios naturais, alternativos e benéficos de combate de insetos, como o predatismo e o uso de quimioesterilizantes. Assim termina a obra que mudou o rumo da história, que fez surgir no EUA, a Agência de Proteção Ambiental (EPA) e que levou à proibição do uso de DDT no EUA em 1972.

Por sua coragem, determinação e preocupação com o futuro, R.C. conquistou muitas premiações e honrarias por ter escrito a obra mais impactante no mundo científico em sua época. Prematuramente, na primavera de 1954, aos 56 anos, um câncer silenciou para sempre a mãe do ambientalismo moderno.

[1] – R.C.: Rachel Carson

[2] – DDT: dicloro-difenil-tricloroetano

Referências Bibliográficas:

http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/estante/livro-primavera-silenciosa-rachel-carson-ed-gaia-700826.shtml

http://www.revistaecologico.com.br/materia.php?id=42&secao=536&mat=565

http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2012/296/rachel-carson-ciencia-e-coragem

http://www.editoragaia.com.br/autores/busca-de-autores/?AutorID=3556

Torres, J. P. M.; Semente da ética ambiental. Ciência Hoje, vol. 46, n.º 275, out. 2010. Resenha, p. 76-77.

Carson, Rachel; Primavera Silenciosa [traduzido por Claudia Sant’Anna Martins]. 1.ed. São Paulo: Gaia, 2010.

Epigenética

Você já ouviu falar em Epigenética?

Laura Vilar

 

Epigenética é uma área da biologia que estuda todas as mudanças reversíveis e herdáveis nas funções dos genes do DNA que não modificam a sequência primária de nucleotídeos (adenina, guanina, citosina e timina). Inclui o estudo de como os padrões de expressão são passados para os descendentes e como a influência do ambiente pode alterar a maneira como os genes serão expressos.  A pesquisa na área da epigenética alcança implicações importantes na biologia, como o entendimento sobre células tronco, câncer e envelhecimento.

Os mecanismos epigenéticos envolvem modificações químicas do próprio DNA, ou modificações das proteínas que estão associadas a ele, mas sem alterar a sequência nucleotídica do DNA correspondente. Como exemplo de mecanismo, tem-se a metilação, que ocorre durante o empacotamentodo DNA, (parte do DNA é desempacotado para a produção de
determinadas proteínas). A metilação é o processo de adição de um grupo metila (-CH₃) tanto na molécula de DNA como nas histonas (proteínas responsáveis pelo empacotamento) e está relacionado com o silenciamento de diversos genes que não precisam ser expressos.

Se o padrão de metilação do organismo for alterado por agente externos, como exemplo, agentes químicos, um novo padrão de metilação do DNA será formado, podendo implicar consequências significativas na saúde do organismo, já que genes antes silenciados poderão ser ativados. Isso indica que o organismo pode ajustar a expressão genética de acordo com as condições do meio em que vivesem alterar o genoma. Além disso, o novo padrão epigenético formado poderá ser passado para as gerações futuras. Como exemplo, estudos revelam que filhos e netos de famílias que tiveram graves escassez de alimento, possuem maiores riscos de doenças cardiovasculares e diabetes.

Outro exemplo envolvendo a epigenética é o caso dos gêmeos idênticos. Uma série de estudos mostram que os gêmeos têm diferentes níveis de sintomas relacionados a depressão e ansiedade, e também apresentam diferenças em seu comportamento   e fisiologia, indicando que as diferentes condições ambientais que foram submetidos são responsáveis pela expressão de fenótipos diferenciados para um mesmo genótipo.

As diferenças epigenéticas entre os organismos que vivem sob diferentes condições ambientais, também levam a diferentes susceptibilidades a doenças como o câncer. O câncer desenvolve-se quando células tornam-se anormais e começam a crescer sem controle.  Pode ser originado de mutações na sequência de DNA das células ou ter um epigenoma.  Neste último caso, alguns genes são despertados e outros são silenciados frequentemente nas mesmas células.

O estudo da epgenética traz contribuições relevantes para a medicina, como exemplo, atualmente pesquisadores buscam por drogas que podem mudar o perfil epigenético das células do câncer. Outro ponto é a identificação das diferenças nos padrões de metilação, isto  irá melhorar a compreensão sobre o genoma e irá auxiliar no diagnóstico de doenças. Além do mais, surge a possibilidade de identificar biomarcadores que permitirão a identificação da população mais vulnerável a desenvolver doenças como câncer, infarto, pressão alta ou transtornos mentais.

O estudo da epigenética vai possibilitar um avanço na compreensão da relação ambiente e genoma, uma vez que vai mostrar que o ambiente social no qual uma pessoa está inserida é capaz de modular o funcionamento dos seus genes, influenciando no padrão de expressão deles.  Portanto, irá ajudar a combater o determinismo genético, aquela ideia que acredita que os organismos são inteiramente determinados por seus genomas. Por exemplo: se você nasce com genes saudáveis você será sempre saudável, desconsiderando o contexto social. Isso pode levar as pessoas a tomarem decisões mais conscientes, avaliando as consequências de suas atitudes para o futuro uma vez que mostra que temos controle enquanto pais, enquanto formuladores de políticas públicas.

 

Referências:

http://revistacarbono.com/artigos/03-epigenetica-e-memoria-celular-marcelofantappie/

http://www.jornaldaciencia.org.br/Detalhe.jsp?id=30541

http://www.biomedicinapadrao.com/2011/10/epigenetica.html

http://agencia.fapesp.br/16965