O impacto da Física na Biologia e Medicina


TRAZENDO A FÍSICA, NÃO SÓ FÍSICOS, PARA A BIOLOGIA



Baixar 106,71 Kb.
Página5/7
Encontro11.10.2018
Tamanho106,71 Kb.
1   2   3   4   5   6   7
TRAZENDO A FÍSICA, NÃO SÓ FÍSICOS, PARA A BIOLOGIA.

Para o nascimento da moderna genética molecular, físicos contribuíram com suas habilidades analíticas, mas eles não estavam realmente fazendo física e muitos não estavam nem usando as ferramentas de computação ou imagem da física como muitos biólogos fazem. Delbruck e seu colega Salvador Luria laboriosamente contaram infecções por vírus com mãos e olhos, como qualquer outro biólogo. Mas a biologia contemporânea, especialmente a decifração de genomas pelo seqüenciamento de nucleotídeos, está para mudar isso. A biologia está rapidamente se transformando numa ciência que requer mais matemática e análise física do que os biólogos estavam acostumados e tal análise será requerida para entender o funcionamento das células.


Esta mudança foi claramente prenunciada na palestra de Delbruck, em Connectcut, 1949. Primeiro ele descreveu sua perplexidade diante da complexidade da biologia: “Quanto mais próximos olhamos o papel da matéria em organismos vivos, mais impressionante o espetáculo se torna. O meio das células vivas torna-se um quebra-cabeça mágico de moléculas elaboradas e moléculas em transformação, que ultrapassa largamente todos os laboratórios especializados em síntese orgânica.”
Mas Delbruck também advertiu: “Biologia é um campo muito interessante devido à vastidão das suas estruturas e a extraordinária variedade de fatos estranhos... mas para os físicos ela é também um assunto deprimente porque as análises parecem estar girando em torno de um teoria semi-descritiva sem progressão notória em direção a uma explicação física radical. Nós ainda não chegamos ao ponto de encontrar paradoxos claros e isto não irá acontecer até que a análise do comportamento das células vivas tenha sido desenvolvida com muito mais detalhe.
Nos últimos 50 anos, e especialmente nos últimos 20 anos, biólogos moleculares e celulares aproximaram-se muito da “radical explicação física” do comportamento das células que Delbruck buscou. Certamente os elementos químicos - especialmente os genes, ácido ribonucléico (RNA) e proteínas – e algumas de suas funções básicas estão começando a ser observadas. O que está faltando é uma percepção de como estas funções estão integradas para permitir que células manifestem seus traços fisiológicos.
Gostaria de mencionar 3 dos muitos campos da biologia para os quais acredito que os conhecimentos dos físicos e seus primos próximos podem ser usados mais produtivamente.

O primeiro é talvez o mais reducionista. Hoje já estão disponíveis métodos para exame de propriedades físicas e químicas de uma macromolécula e de um complexo de grandes moléculas. Esses avanços são importantes porque impedem a necessidade de sincronizar a população de moléculas para medir suas funções. Vários desses métodos e suas aplicações são revisadas em uma seção especial sobre “Single Molecules” na edição de 12/03/1999 da revista Science. Eles incluem armadilhas a laser (pinças ópticas) para estudar o balanço energético do motor celular usado para transporte, contração e movimento flagelar. Steven Chub da Universidade de Stanford, que dividiu em 1997 o prêmio Nobel da Física, fez importantes contribuições para este problema em colaboração com seu colega de biologia celular Jim Spudich.


Pinças ópticas podem também serem usadas para medir a força de um complexo de enzimas, como a que copia a seqüência de DNA no RNA. Spectroscopia de fluorescência e microscopia de tunelamento por varredura podem visualizar a conformação de uma grande molécula e métodos, atualmente em desenvolvimento, poderão estar disponíveis em breve para determinar a seqüência das bases numa molécula longa de DNA.
Segundo. A experiência computacional dos físicos é necessária para ajudar a interpretar os complexos conjuntos de dados e o processo da “expressão genética”. Uma das conseqüências dos projetos de sequenciamento do genoma dos seres humanos e de muitas outras espécies é a oportunidade para entender o processo pelo qual os genes de um organismo se expressam. Tais informações podem nos ajudar a entender, por exemplo, porque algumas células se desenvolvem em tecido muscular, enquanto outras se tornam células cerebrais. Novos métodos, construídos sobre a disponibilidade de pedaços de DNA de cada gene, nos permite medir que extensão dos genes que são lidas para formar o RNA (e a proteína subseqüente) em diferentes tecidos e sob de diferentes condições ambientais.
Esses micro-métodos, chamados expressões de array (arranjos de expressão) , estão se tornando largamente usados usado para o estudo de bactérias (com várias centenas até poucos milhares de genes), leveduras (com aproximadamente 6200 genes), vermes (com aproximadamente 19100 genes) e vertebrados (com o provisão de conter aproximadamente 80000 genes ). Alguns progressos têm sido feitos através de cálculos computacionais baseados na “análise de clusters“ (ver Eisen et al.) para começar a interpretar os numerosos dados que tais experimentos produzem, mas biólogos, geralmente, não usam tais grupos complexos de dados. Recentemente, passei uma noite no observatório da Instituição Carnegie em La Serena, Chile, assistindo astrofísicos coletando um conjunto de dados surpreendentemente similar para procurar uma super-nova e medir a composição de estrelas distantes. Provavelmente, todos nós seríamos beneficiados por um intercambio interdisciplinar em métodos computacionais.
A terceira área de oportunidade para físicos na biologia é a que mais se aproxima do objetivo de Delbruck de desenvolver uma "explicação física radical" para função celular. Nos últimos 20 anos, principalmente através dos esforços para identificar os genes e proteínas que controlam o crescimento e a resposta hormonal das células, pesquisadores biomédicos construíram muitos dos chamados caminhos de sinalização que ligam as interações moleculares na superfície das células às mudanças na expressão genética nos núcleos.

Enquanto há um consenso de que estes caminhos lineares são super simplificados, o rumo a tomar está longe de ser claro. Os caminhos sem dúvida têm muitos componentes irreconhecíveis; a informação está certamente fluindo entre, não somente ao longo, vários deles; e eles são provavelmente regulados de maneira complicada através de mecanismos de realimentação ou outros meios. Uns poucos pesquisadores estão começando a se concentrar nesses temas. (ver Bhalla and Iyengar e Weng et al) mas existe uma necessidade óbvia de recorrer a mecanismos complexos potencialmente análogos.





Compartilhe com seus amigos:
1   2   3   4   5   6   7


©psicod.org 2017
enviar mensagem

    Página principal