Com auxílio da bioinformática, grupo da USP gera catálogo de genes de espécies de Eimeria

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1 Com auxílio da bioinformática, grupo da USP gera catálogo de genes de espécies de Eimeria Os pesquisadores Arthur Gruber e Alda Madeira, professores do Instituto de Ciências Biomédicas da USP e seu grupo de pesquisa inovaram. Arthur e Alda são médicos veterinários e fazem parte de um grupo de pesquisa estabelecido em 1996 no Departamento de Patologia da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da USP. Em 2005, o grupo se mudou para o Departamento de Parasitologia do Instituto de Ciências Biomédicas da USP, onde se encontra até o presente. Enquanto a maioria dos grupos de pesquisa em Eimeria, o agente causador da Coccidiose Aviária, tem trabalhado com os estágios intracelulares do parasita, aqueles que estão presentes no hospedeiro, o grupo da USP identificou a existência de um outro estágio importante que também é preciso conhecer: o oocisto. Arthur explica: O oocisto liberado nas fezes das aves com coccidiose não é capaz de infectar outras. Para isso, é necessário que sofra no ambiente um processo denominado esporulação, o qual depende de condições adequadas de oxigenação, umidade e temperatura. A partir dos dados gerados será possível identificar quais são esses genes e suas possíveis funções. Esse conhecimento pode nos ajudar a desenvolver novos métodos de controle da coccidiose no ambiente, visando inibir a esporulação e, portanto, reduzindo a carga infectante de um galpão de frangos, afirma Arthur. O trabalho foi inteiramente conduzido no Brasil, envolvendo uma equipe multidisciplinar que incluiu veterinários, biólogos e pesquisadores da área de computação. A bioinformártica foi fundamental para que o grupo pudesse realizar a análise de milhares de sequências genéticas e integrar os resultados. Parte das ferramentas computacionais necessárias para a análise dos milhares de sequências biológicas foi desenvolvida pelo próprio pelo grupo. E, este trabalho resultou em mais uma inovação: a criação de uma plataforma de análise denominada EGene, que permite processar os dados brutos das sequências, integrá-los e caracterizá-los quanto às funções biológicas desempenhadas pelos respectivos genes, uma tarefa denominada anotação funcional. Arthur Gruber conta que, além de contribuir no estudo dos genes de Eimeria, o programa EGene foi publicado na literatura científica e encontra-se disponível de forma gratuita na internet, permitindo assim que outros pesquisadores possam utilizá-lo em suas pesquisas. Confira as perguntas e respostas na íntegra. Revista do AviSite: Os pesquisadores envolvidos neste trabalho já trabalham em novas pesquisas? Arthur Gruber: O grupo está atualmente analisando o enorme conjunto de dados gerados. Um dos aspectos que estamos estudando é o processo de esporulação do oocisto. A maioria dos grupos de pesquisa em Eimeria tem trabalhado com os estágios intracelulares do parasita, aqueles que estão presentes no hospedeiro. Achamos que existe um outro estágio importante que devemos conhecer melhor, que é o oocisto. O oocisto liberado nas fezes das aves com coccidiose não é capaz de infectar outras. Para isso, é necessário que sofra no ambiente um processo denominado esporulação, o qual depende de condições adequadas de oxigenação, umidade e temperatura. Já sabemos que existe uma grande alteração na expressão de muitos genes durante a esporulação e a partir dos nossos dados será possível

2 identificar quais são esses genes e suas possíveis funções. Esse conhecimento pode nos ajudar a desenvolver novos métodos de controle da coccidiose no ambiente, visando inibir a esporulação e, portanto, reduzindo a carga infectante de um galpão de frangos. Outros desenvolvimentos que podem surgir a partir dos nossos dados dizem respeito à identificação de proteínas específicas do parasita, que poderiam ser alvos interessantes para o desenvolvimento de drogas, assim como antígenos que poderiam compor futuras vacinas. Revista do AviSite: Quem participou do consórcio internacional que colaborou com a descoberta da sequência do cromossomo 1 de E. tenella? Arthur: O consórcio internacional do genoma de Eimeria tenella foi estabelecido no ano 2000 e contou com a coordenação dos pesquisadores ingleses Martin W. Shirley e Fiona M. Tomley, ambos na época trabalhavam no Institute for Animal Health, o maior centro de pesquisas em saúde animal do Reino Unido. Também tiveram participação, principalmente na parte de análise dos dados, os pesquisadores Paul Dear, da Universidade de Cambridge, e Matt Berriman, do Welcome Trust Sanger Institute (um dos maiores centros de genômica do mundo). De fora do Reino Unido, participou a equipe liderada pelo Dr. Kiew-Lian Wan da Universidade Nacional da Malásia, a qual foi responsável pela maior parte da geração de dados do sequenciamento do cromossomo 1. Finalmente, nosso grupo do Brasil gerou uma grande quantidade de dados do transcriptoma dessa espécie e de outras duas espécies de Eimeria. Esses dados auxiliaram os pesquisadores internacionais a definirem a localização dos genes no genoma. Nosso grupo contribuiu ainda em parte nas análises bioinformáticas do estudo. Revista do AviSite: O que o motivou a desenvolver uma linha de pesquisa de desenvolvimento de software na área de Bioinformática? Em que pé está essa linha de pesquisa atualmente? Arthur: Desde o meu doutorado em bioquímica eu já trabalhava, entre outras coisas, com biologia molecular e sequenciamento de genes. Na época, há cerca de 20 anos, a análise computacional de sequências de DNA e proteínas era feita de maneira praticamente artesanal, gene a gene. Os primeiros programas de computador para esse tipo de análise começaram a surgir no final da década de No início da década de 1990, aconteceram duas coisas importantes que me motivaram muito: A primeira, foi o surgimento da internet no meio acadêmico. Em 1992, participei de um curso internacional na Fiocruz do Rio de Janeiro sobre análise de sequências biológicas e uso da internet. A partir daí, comecei a utilizar programas para a análise dos meus dados. Contudo, foi somente a partir de 1997 que de fato a Bioinformática tornou-se imprescindível. O meu grupo de pesquisa foi um dos participantes do projeto de sequenciamento do genoma completo da bactéria Xylella fastidiosa, uma iniciativa ousada para a época e patrocinada pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo). O ingresso na era genômica significou uma mudança radical de escala. Ao invés de se sequenciar 1 ou 2 mil pares de bases do DNA, passou-se a obter milhões de pares de bases. Como consequência, de um ou dois genes, passou-se a analisar milhares de genes ao mesmo tempo. Os desafios computacionais que essa enorme quantidade de dados impôs foram enormes. A partir daí, ficou muito claro para mim que qualquer grupo que quisesse ter sucesso na genômica, precisaria incorporar a Bioinformática em sua rotina de trabalho. Isso, aliado pelo gosto por

3 computação, foram as grandes motivações que me levaram a iniciar uma linha de pesquisa nessa área. Revista do AviSite: Como surgiu a plataforma EGene? Arthur: No ano de 2001, tive a oportunidade de participar de um curso intensivo de quatro semanas, mais uma vez na Fiocruz do Rio de Janeiro, sobre Bioinformática. Esse curso, patrocinado pela Organização Mundial da Saúde, visava treinar intensamente um grupo de pesquisadores do mundo inteiro para que eles pudessem, por sua vez, treinar outros pesquisadores em seus respectivos países e continentes. Além de ter aprendido uma enorme quantidade de informações, tive ainda a possibilidade de conhecer bioinformatas de vários países do mundo. Nesse curso havia um outro colega da USP, o Prof. Alan M. Durham, do Departamento de Computação do Instituto de Matemática e Estatística da USP. Ao longo do curso, estabelecemos uma amizade e parceria científica que dura até hoje. Como fruto dessa parceria, montamos e oferecemos vários cursos internacionais de Bioinformática, participamos da fundação de um programa de pós-graduação em Bioinformática na USP, e orientamos conjuntamente vários estudantes. Esse intenso trabalho em parceria rendeu vários artigos científicos internacionais em Genômica e Bioinformática. Dentro dessa parceria, desenvolvemos ainda vários programas interessantes para a análise de dados de sequenciamento, entre eles a plataforma EGene. Revista do AviSite: O que a plataforma EGene? Arthur: A plataforma EGene é um conjunto integrado de programas que permite realizar uma grande variedade de análises bioinformáticas. Por ser genérica, a plataforma não é específica de um ou outro projeto de sequenciamento, mas pode ser utilizada em projetos de sequenciamento de qualquer organismo. A primeira versão do programa permitia fazer alguns processamentos básicos, e foi utilizada por vários grupos de pesquisa diferentes. A nova versão, denominada EGene 2, permite realizar o que se chama de anotação funcional e automática de sequências. A anotação é um processo de descrição de características das sequências no que diz respeito à sua localização e função biológica. Dada, por exemplo, uma sequência de DNA, o software permite identificar onde está o gene codificador de uma proteína, deduzir a sequência proteica derivada e inferir, com base numa série de evidências, qual seria a provável função de uma proteína. Essa análise, aplicada agora ao conjunto de todos os genes de um organismo, permite estabelecer um mapa de todo o metabolismo de um ser vivo. Isso significa que podemos criar uma base de dados que contenha todas as proteínas de um ser vivo catalogadas e as reações nas quais participam. Revista do AviSite: Qualquer um pode ter acesso ao programa EGene? Como isso pode ser feito? Arthur: O software EGene em sua primeira versão está disponível no endereço Estamos concluindo a documentação da versão 2 e redigindo um artigo científico de sua descrição. Assim que isso for efetuado, o programa será distribuído livremente na internet no mesmo endereço.

4 Revista do AviSite: Porque, em termos de drogas anticoccidianas, as empresas farmacêuticas não lançam um novo produto há mais de quinze anos? Arthur: Certamente isso tem a ver com o receio de que o uso de drogas anticoccidianas na ração animal se torne gradativamente mais limitado devido às crescentes restrições das agências regulatórias, principalmente na Europa. Além disso, há drogas que foram lançadas no mercado e que tiveram uma vida comercial curta devido ao rápido surgimento de resistência pelos parasitas. Finalmente, o desenvolvimento de qualquer nova droga demanda um longo tempo e uma grande quantidade de recursos. Essa imponderabilidade relativa ao mercado e à própria biologia, aliada ao alto custo de desenvolvimento, acabam desestimulando as empresas. Revista do AviSite: Qual é a sua opinião sobre as restrições ao emprego de drogas anticoccidianas na ração animal? Arthur: As drogas anticoccidianas permitiram o desenvolvimento da produção de frangos de corte que temos atualmente. Durante décadas, antes mesmo que houvesse qualquer outra forma de controle, o uso de drogas permitiu a criação de frangos em alta densidade com o concomitante controle da coccidiose aviária. Contudo, o uso de drogas não é isento de problemas. Surtos de resistência a drogas, bem como a crescente preocupação com relação a resíduos químicos nas carcaças de animais destinados à alimentação humana, têm colocado o uso de drogas sob julgamento constante. Esse é um assunto para o qual há opiniões muito divergentes e frequentemente radicais. Minha opinião é que num mundo ideal não deveríamos mais precisar de drogas. Contudo, não vivemos num mundo ideal, e as alternativas têm que se mostrar biológica e comercialmente viáveis. O que não devemos, em minha opinião é ter uma postura eminentemente ideológica. Todos sabemos, por exemplo, que os antibióticos podem ter sua ação prejudicada pelo surgimento de populações de microrganismos resistentes. Também sabemos que os antibióticos podem apresentar efeitos colaterais de grau variável. Entretanto, poucas são as pessoas que conscientemente se recusariam a tomar um antibiótico no caso de uma infecção bacteriana. No passado as pessoas morriam de infecções que hoje são facilmente tratáveis. Será que as desvantagens dos antibióticos não são plenamente compensadas por seus benefícios? Voltando ao uso de anticoccidianos, qualquer nova tecnologia que permita sua substituição por métodos teoricamente mais seguros é bem vinda. Contudo, um outro aspecto que tem que ser considerado é o custo de seu uso e o rendimento da produção. A população mais carente poderá continuar consumindo carne de frango se o custo de produção subir? O uso de vacinas em aves reprodutoras hoje é inquestionável, e o seu mercado em produção de frangos de corte tem se expandido. Minha sensação é que em longo prazo o desenvolvimento de vacinas cada vez mais eficazes e a um custo menor poderá substituir os anticoccidianos. Revista do AviSite: Você acredita que os resultados alcançados pela pesquisa podem dar subsídios para o desenvolvimento de uma nova geração de drogas? Que drogas seriam essas? Arthur: A catalogação dos genes dos parasitas causadores da coccidiose aviária é o primeiro passo. Para muitas das proteínas já sabemos a função biológica. Contudo,

5 existem ainda muitas outras que desempenham papéis que ainda desconhecemos. É importante ressaltar que esses dados poderão dar subsídios, não apenas para o eventual desenvolvimento de novas drogas, mas eventualmente para o desenvolvimento de uma nova geração de vacinas. No caso de drogas, a descoberta de enzimas específicas dos parasitas poderiam naturalmente candidatá-las a serem alvos moleculares. Atualmente, já existem métodos para desenvolver compostos químicos altamente específicos, os quais poderiam ter efeitos colaterais reduzidos. Por outro lado, a caracterização de antígenos específicos do parasita poderia contribuir para o desenvolvimento de vacinas de subunidades. Ao invés de se utilizar parasitas vivos, atenuados ou não, poderíamos empregar vacinas contendo um conjunto de proteínas imunizantes. O site foi desenvolvido pelo grupo de pesquisa da USP? Quais foram seus objetivos? Arthur: Nosso grupo se preocupa muito em tornar os resultados científicos disponíveis para a comunidade. De nada adiantaria termos levantado e caracterizado o transcriptoma desses parasitas, se esses resultados permanecessem nas prateleira do laboratório ou de alguma biblioteca. É por isso que decidimos dispender bastante tempo na construção deste site. Assim, qualquer pessoa no mundo pode acessar os dados e, em tendo conhecimento, aplicá-los no desenvolvimento de novas formas de controle da coccidiose aviária. Pelo fato de o acesso ser livre, a aplicação desse conhecimento poderá ocorrer no Brasil ou em qualquer outro lugar do mundo. Cabe a nós brasileiros, pesquisadores, governo e empresários, a responsabilidade de garantir que essa tecnologia possa ser desenvolvida no Brasil.

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