Como biólogo molecular, você começa aprendendo o básico do código de DNA. Ler e traduzir o código vem primeiro, e então você pode passar a fazer a sua própria edição cuidadosa usando cortar e colar e copiar e colar. Uma vez adquiridas estas habilidades, você pode manipular genes, genomas e proteínas para examinar como as células “funcionam” e para ajustar a forma como funcionam. O poder, a versatilidade e a acessibilidade destas técnicas melhoraram nos últimos anos, em paralelo com as melhorias nas tecnologias de informação. Por exemplo, o sequenciamento de DNA, ou a capacidade de “ler” todo um genoma, está agora acessível a qualquer equipe de pesquisa com recursos razoavelmente bons.
As técnicas são importantes, mas é realmente o que você faz com elas que pode capturar a imaginação. A descoberta de genes-chave associados a doenças, muitas vezes muitos anos após as consequências da sua acção, ou inacção, serem conhecidas, tem sido uma fonte de inspiração para mim pessoalmente. Em particular, lembro-me de ter lido sobre a identificação do gene da fibrose cística em 1989, quando iniciei o meu doutoramento, e de ter ouvido falar da identificação do gene da leptina, ligado à obesidade, como um pós-doutoramento, em 1995. Depois, vi o impacto que a descoberta do gene poderia ter na minha própria comunidade de parasitologia molecular: os genes var do parasita da malária em 1995, o gene africano associado ao tripanossoma humano, em 1998, e o transportador de resistência à cloroquina do parasita da malária, em 2000, são apenas alguns exemplos. No entanto, continua a ser um desafio identificar genes envolvidos num processo particular de interesse. A descoberta de um gene novo e importante é também apenas o primeiro passo na investigação destinada a compreender plenamente a função e o potencial como alvo terapêutico ou candidato à vacinação, por exemplo. Os desafios pendentes, no entanto, são exatamente o que continua a impulsionar a inovação tecnológica nas ciências da vida.
Então qual é a situação dos parasitas tripanossomáticos unicelulares em que trabalhamos em Dundee? Estas células altamente móveis, com cerca de 1/50 de um milímetro de comprimento, são espalhadas entre mamíferos por insectos sugadores de sangue. Eles têm um impacto devastador nos pobres do mundo, causando as “doenças tropicais negligenciadas”, a tripanossomíase africana, a doença de Chagas e as leishmaniose. As consequências desta série de doenças humanas e animais são centenas de milhares de mortes por ano e cerca de um milhão de casos por ano de lesões desfigurantes associadas à leishmaniose cutânea. Os tripanossomas também reduzem severamente a importação de cavalos, bovinos, ovinos e caprinos susceptíveis em toda a África.
Concentramo-nos nos tripanossomas africanos em particular e vemos que as adaptações antiparasitárias no hospedeiro e as drogas antiparasitárias são constantemente ameaçadas pela obsolescência na “corrida armamentista” entre nós e os parasitas. Na esperança de ajudar a ganhar vantagem nesta raça, adaptamos uma abordagem de rastreio genético que nos permite pesquisar todos os genes parasitas em busca de papéis na acção e resistência aos medicamentos. Isto revelou >50 novos genes ligados a drogas em uso clínico. As drogas nifurtimox e eflornitina, por exemplo, são amplamente utilizadas como terapia combinada. Nós confirmamos que o nifurtimox é convertido em uma droga mais potente por uma enzima parasita e, como também relatado independentemente por outros grupos, descobrimos que a eflornitina é absorvida por um transportador de aminoácidos parasitas.
Uma droga muito mais antiga, a suramina, foi encontrada para entrar na célula em uma proteína de superfície parasita. Esta foi uma descoberta particularmente satisfatória porque Paul Ehrlich, “o pai da quimioterapia”, que desenvolveu tanto a hipótese da “bala mágica” quanto os precursores da suramina há mais de 100 anos, declarou: “Quando conhecermos a maioria dos quimiorreceptores de um determinado tipo de parasita… teremos amplas possibilidades de ataque simultâneo por várias agências” (Ehrlich, 1913). Assim, encontramos um dos “quimiorreceptores de Ehrlich”, e isso apresenta, de fato, novas oportunidades para o desenvolvimento terapêutico.
Outra descoberta relacionada a mais duas drogas antigas para as quais a resistência cruzada tinha sido relatada há mais de 60 anos. Esta resistência cruzada de melarsoprol e pentamidina estava ligada a um defeito em uma aquagliceroporina, outro transportador de membranas parasitárias. A resistência ao melarsoprol, um fármaco bastante tóxico, mas que contém arsénico, tinha sido observada em até 50% dos pacientes em algumas áreas. Equipas que recolheram e armazenaram parasitas resistentes de toda a África foram capazes de identificar rapidamente defeitos neste transportador e de os rastrear até meados dos anos 70. Assim, as alterações genéticas que permitiram aos tripanossomas resistir a esta terapia específica são agora conhecidas, o impacto destas alterações pode ser investigado em detalhe, e a propagação e distribuição de parasitas resistentes pode ser eficazmente monitorizada.
É bastante notável como os processos biológicos frequentemente se tornam experimentalmente acessíveis de formas imprevistas, provavelmente porque ainda temos muito a aprender sobre muitos deles. Esta também tem sido a minha experiência pessoal. No caso das nossas próprias descobertas, foi o nosso trabalho de reparação do ADN que nos permitiu desenvolver a abordagem de rastreio genético descrita acima. Além disso, nossa motivação inicial para desenvolver essa abordagem foi o desejo de abordar uma questão de expressão genética completamente diferente; felizmente, pudemos iniciar colaborações com colegas que já eram especialistas estabelecidos em resistência a drogas.
O que é claro é que saber como as drogas funcionam e como elas deixam de funcionar ajuda a melhorar as perspectivas de se conceberem terapias mais eficazes e duradouras e também melhora as perspectivas de monitoramento e enfrentamento da resistência quando ela surge. Como principalmente “pesquisadores básicos”, trabalhando com parceiros na Unidade de Descoberta de Dundee, continuaremos nossos esforços para descobrir e dissecar a biologia dos tripanossomatids. De fato, ferramentas e tecnologias estão agora em uso para sondar essas interações químico-biológicas com maior produtividade do que nunca.
Desde que nosso trabalho depende continuamente do trabalho e descobertas de muitos colegas – para muitos mencionar, receio – termino reiterando o que provavelmente é bastante óbvio: o impacto contra esses e outros patógenos humanos e animais requer uma comunidade de pesquisadores, massa crítica, interação aberta, colaboração e acesso a tecnologia poderosa, tanto em nível básico quanto translacional. O que também é claro é que as experiências com patógenos continuarão a produzir percepções de muito maior relevância para as ciências da vida e para além delas.
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https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005430.g001