A nova fonte de luz síncrotron brasileira, Sirius, do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTI), realizou os primeiros experimentos em uma de suas linhas de luz nesta semana. A primeira estação de pesquisa a entrar em funcionamento, ainda em estágio de comissionamento, é capaz de revelar detalhes da estrutura de moléculas biológicas, como proteínas virais. Esses primeiros experimentos fazem parte de um esforço do CNPEM para disponibilizar uma ferramenta de ponta à comunidade científica brasileira dedicada a pesquisas com SARS-CoV-2.

Nessas análises iniciais, pesquisadores do CNPEM observaram cristais de uma proteína do coronavírus imprescindível para o ciclo de vida do vírus SARS-CoV-2. Os primeiros resultados revelam detalhes da estrutura dessa proteína, importantes para compreender a biologia do vírus e apoiar pesquisas que buscam novos medicamentos para a COVID-19.

A primeira estação de pesquisa a entrar em funcionamento no Sirius é a linha de luz MANACÁ, dedicada a cristalografia de proteínas. Usando a difração de raios X esta linha de luz é capaz de revelar a posição de cada um dos átomos que compõem a proteína estudada, o que auxilia os pesquisadores a investigar a sua ação no organismo e sua interação com moléculas que têm potencial para o desenvolvimento de fármacos.

O início dos experimentos nas instalações do Sirius envolve um minucioso processo de testes, no qual milhares de parâmetros são avaliados para garantir a geração de dados precisos. “Para constatar que a estação de pesquisa está dentro dos parâmetros projetados, gerando resultados confiáveis, resolvemos primeiramente a estrutura de proteínas bem conhecidas, como lisozima – uma molécula presente na nossa lágrima e saliva. Reproduzimos as medidas esperadas para essas amostras-padrão e, então, ao verificarmos a boa performance da máquina, seguimos para a coleta de dados de experimentos reais, com cristais de proteínas do SARS-CoV-2”, explica Ana Carolina Zeri, pesquisadora que coordena a primeira estação de pesquisa a entrar em operação.

Os primeiros experimentos

Estrutura da proteína 3CL de SARS-CoV-2 obtida no Sirius

A amostra analisada nos primeiros experimentos no Sirius foi a proteína 3CL do SARS-CoV-2. Produzida e cristalizada no Laboratório Nacional de Biocências (LNBio), do CNPEM, a 3CL participa do processo de replicação do vírus dentro do organismo durante a infecção. “Inicialmente, reproduzimos a estrutura de uma proteína já conhecida para testar os resultados gerados pela MANACÁ. Com a obtenção de dados confiáveis e competitivos, vamos aprofundar os estudos em biologia molecular e estrutural que integram nossa força-tarefa contra o SARS-CoV-2. Temos vários grupos de pesquisadores mobilizados para investigar os mecanismos moleculares relacionados à atividade dessa proteína, buscar inibidores de sua atividade, estudar outras proteínas virais, gerar conhecimentos que podem apoiar o desenvolvimento de medicamentos contra a doença”, detalha Kleber Franchini, Diretor do Laboratório Nacional de Biociências (LNBio). Os próximos passos da pesquisa do CNPEM integram a Rede Vírus MCTI, comitê de assessoramento estratégico do Ministério que atua na articulação de Unidades de Pesquisa envolvidas no combate ao coronavírus.

Abertura em caráter excepcional à comunidade científica

Cristal da proteína 3CL de SARS-CoV-2 coletado para ser submetido à análise na primeira estação de pesquisa a receber experimento no Sirius

“Além do nosso compromisso com a agenda pública de pesquisas com o SARS-CoV-2, coordenada pelo MCTI, o início da operação da MANACÁ vai beneficiar a comunidade científica de todo o País. Pesquisadores dedicados a estudar os detalhes moleculares relacionados à doença poderão submeter, a partir da próxima semana, propostas de pesquisa para utilizar essa linha de luz”, anuncia Mateus Cardoso, Chefe da Divisão de Materiais Moles e Biológicos do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) do CNPEM.

Para utilizar o Sirius, as propostas de pesquisa da comunidade científica passarão por uma avaliação técnica dos especialistas do LNLS. “Neste momento, consideramos que a máquina está em fase de comissionamento científico, realizando experimentos ainda em condições que impõem algumas limitações. Entretanto, em resposta à crise causada pela COVID-19, optamos por disponibilizar antecipadamente essa ferramenta aos pesquisadores que já têm familiaridade com experimentos de cristalografia de proteínas, para que eles possam avançar no entendimento molecular do vírus”, pondera o Diretor do LNLS, Harry Westfahl Jr.

Dentre as 13 estações de pesquisa do Sirius previstas para a 1ª fase do projeto, duas delas tiveram as montagens priorizadas, desde o início da pandemia, por permitirem estudos sobre o vírus e sua interação com células humanas. Além da MANACÁ, a equipe do projeto corre contra o tempo para entregar, ainda nos próximos meses, a linha de luz CATERETÊ, voltada a técnicas de Espalhamento Coerente de Raios X, onde será possível produzir imagens celulares tridimensionais de alta resolução.

José Roque, diretor-geral do CNPEM e do projeto Sirius, destaca que, em resposta à uma situação emergencial, a comunidade científica está sendo chamada a apresentar suas propostas de pesquisa em SARS-CoV-2. “Começamos a oferecer condições de pesquisa inéditas para os pesquisadores do País. Neste momento, em que se fala tanto da importância da ciência e tecnologia para a solução de problemas, estamos diante de uma máquina avançada, projetada por brasileiros e construída em parceria com a indústria nacional. Espero que, cada vez mais, todos os setores da sociedade reconheçam a importância da ciência para a solução dos nossos problemas e as capacidades que temos no País”, conclui.

Sobre o Sirius

Projetado e construído por brasileiros, o Sirius é uma das fontes de luz síncrotron mais avançadas do mundo. Este grande equipamento científico possui em seu núcleo um acelerador de elétrons de última geração, que gera um tipo de luz capaz de revelar a microestrutura de materiais orgânicos e inorgânicos. Essas análises são realizadas em estações de pesquisa, chamadas linhas de luz. O Sirius irá comportar diversas linhas de luz, otimizadas para experimentos diversos, e que funcionarão de forma independente entre si, permitindo que diversos grupos de pesquisadores trabalhem simultaneamente, em diferentes pesquisas nas mais diversas áreas, como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente, dentre outras.

As diferentes técnicas experimentais disponíveis nas linhas de luz do Sirius permitirão observar aspectos microscópicos dos materiais, como os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo. Em uma linha de luz é possível acompanhar também como essas características microscópicas são alteradas quando o material é submetido a diversas condições, como temperaturas elevadas, tensão mecânica, pressão, campos elétricos ou magnéticos, ambientes corrosivos, entre outras. Essa capacidade é uma das principais vantagens das fontes de luz síncrotron, quando comparadas a outras técnicas experimentais de alta resolução.

As linhas de luz do Sirius são instrumentos científicos avançados, projetados para solucionar problemas em áreas estratégicas para o desenvolvimento do País. Inicialmente, um conjunto de 13 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas científicos. Ao todo, Sirius poderá abrigar até 38 linhas de luz.

Sirius é financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI).

Sobre a Manacá

A linha de luz MANACÁ é dedicada à cristalografia de macromoléculas, e permite o estudo da estrutura tridimensional de proteínas e enzimas humanas e de patógenos, com resolução submicrométrica. A técnica é capaz de revelar a posição de cada um dos átomos que compõem a proteína estudada, e permite investigar a sua ação no organismo e sua interação com princípios ativos candidatos a fármacos. Dessa forma, é possível tornar mais eficiente a busca por novos medicamentos, ou mesmo compreender o funcionamento de fármacos já conhecidos para aumentar sua efetividade.

Informações sobre a estrutura de proteínas são importantes não apenas na área da saúde, mas também para o desenvolvimento de biocombustíveis, defensivos agrícolas, alimentos e cosméticos.

Tecnologia Nacional

Fontes de luz síncrotron constituem o exemplo mais sofisticado de infraestrutura de pesquisa aberta e multidisciplinar, e o Sirius é uma ferramenta-chave para a resolução de questões importantes para as comunidades acadêmica e industrial brasileiras. A versatilidade de uma fonte de luz síncrotron permite o desenvolvimento de pesquisas em áreas estratégicas, como energia, alimentação, meio ambiente, saúde, defesa e vários outros.  Essa é a razão pela qual a tecnologia da luz síncrotron se torna cada vez mais popular ao redor do mundo. É também o motivo pelo qual os países com economias fortes e baseadas em tecnologia já contam com uma ou mais fontes de luz síncrotron, ou as estão construindo.

Os raios X utilizados nos primeiros experimentos realizados no Sirius são gerados em um acelerador de elétrons de última geração e focalizados em cristais micrométricos de proteínas, utilizando tecnologias desenvolvidas pelo CNPEM e implementadas em parceria com a indústria nacional. Financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), 85% dos recursos do Sirius foram investidos no País, em parceria com empresas nacionais. Durante o seu desenvolvimento foram estabelecidos contratos com mais de 300 empresas de pequeno, médio e grande portes, das quais mais de 40 desenvolvem soluções tecnológicas para o Sirius, junto aos pesquisadores e engenheiros do CNPEM.