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Sobre química, de produtos naturais e outras mais, pois a química é uma só. Mas também sobre ciência, educação e outros assuntos.
Roberto Berlinck
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- May 8, 2010
- 11:02 AM
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A Natureza é Promíscua
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Quando Lineu criou o sistema binário de classificação dos animais, ainda pensava que as espécies eram fixas, e não variavam. Este pensamento prevaleceu ainda durante um bom tempo, até que Darwin propôs que novas espécies surgiam a partir do processo de seleção natural, apesar de desconhecer qual o exato mecanismo (genético) de tal processo. Embora a transferência de informação entre gerações de uma espécie tenha sido descoberta por Mendel, somente com a descoberta do DNA e da sua função foi que o processo de transferência de informações entre gerações começou a ficar mais claro.Com o surgimento das ciências genômicas e a descoberta da reação de polimerização em cadeia, foi possível se explorar a codificação genética de inúmeros organismos vivos, e também de entender como funciona a expressão genética em geral (ou seja, qual é a função de um determinado gene, e qual o processo ou característica fenotípica que ele regula). A partir deste momento a biologia sofreu uma verdadeira revolução e o volume de informações sobre regulação gênica de processos biológicos aumentou exponencialmente.Uma das grandes questões que surgiram após a descoberta do DNA foi: será que organismos vivos podem trocar DNA entre si? Ou seja, trocar genes? Aos poucos se verificou que esta hipótese era verdadeira. Bactérias de diferentes espécies frequentemente trocam genes entre si. Mas tarde se observou tal fato para fungos também. O surpreendente foi a observação de troca de genes entre fungos e bactérias, uma vez que são organismos que pertencem a Reinos diferentes (apenas para lembrar, a classificação dos organismos segue uma hierarquia: Reino, Filo, Classe, Ordem, Família, Gênero, Espécie). Ou seja, são organismos muito distantes do ponto de vista evolutivo. Mais recentemente, se observou a troca de genes entre bactérias e plantas. Esponjas marinhas, por exemplo, são animais. Mas esta definição é um tanto complicada, porque determinados grupos de esponjas podem conter até 50% de sua biomassa de bactérias. 50%. Logo, é um animal ou uma colônia de bactérias?Esta troca de genes entre espécies de diferentes grupos biológicos é chamada de transferência lateral de genes, ou transferência horizontal de genes, em oposição à transferência vertical de genes, que ocorre entre gerações de uma mesma espécie. Atualmente, se considera que a TLG é muito mais comum do que se pensava, e a árvore da vida de Darwin se transformou em uma rede de vida, na qual organismos vivos trocam genes de maneira promíscua.Um exemplo recente foi a descoberta de que afídeos (insetos da ordem Hemiptera) apresentam capacidade de biossintetizar carotenos, e que os genes que codificam a biossíntese destes carotenos são muito parecidos com genes de fungos que também regulam a biossíntese de carotenos. Logo, tais organismos devem, em algum momento de sua história evolutiva, ter trocado genes que regulam a biossíntese de carotenos. Vamos à história.Carotenos estão presentes em vários grupos biológicos da natureza: Archea (bactérias primitivas), bactérias, fungos e plantas. Por sua vez, os animais utilizam carotenos para diversas funções, como antioxidantes, como moduladores do sistema imune e como precursores para a formação de pigmentos da visão (em humanos, uma dieta muito pobre em carotenos causa uma doença chamada cegueira noturna). Mas, nenhum animal biossintetiza carotenos. Estes devem ser adquiridos através da dieta.Os afídeos da espécie Acyrthosiphon pisum apresentam coloração amarela, alaranjada e até vermelha por conterem quantidades apreciáveis de carotenos. A coloração destes insetos está relacionada à sua predação (seus predadores têm preferência por afídeos de determinada coloração): afídeos verdes não são consumidos por predadores de afídeos vermelhos, e vice-versa. Os afídeos verdes apresentam alfa-caroteno, ß-caroteno e gama-caroteno, enquanto que os afídeos vermelhos apresentam os mesmos compostos e também toruleno e desidro-gama,psi-caroteno. A presença de tais carotenos em afídeos era creditada à sua dieta. Contudo, a composição carotenóide dos afídeos é significativamente diferente da composição carotenóide das plantas de que se alimentam, e tal hipótese passou a ser questionada. Uma segunda hipótese levantada é que os carotenos de afídeos teriam origem bacteriana, de seus endossimbiontes. Porém, a análise genômica dos endossimbiontes de A. pisum não indicou qualquer gene com homologia a genes que comumente codificam a biossíntese de carotenos (em plantas, por exemplo). Além disso, os endossimbiontes de A. pisum são transmitidos entre gerações pela fêmea, e, portanto, se determinada pelos endossimbiontes a distribuição de cores deveria seguir uma distribuição genética determinada pela mãe. Na verdade, as variações de cor entre os afídeos seguem uma distribuição mendeliana entre gerações, o que significa que os genes que codificam a biossíntese dos carotenos estão igualmente presentes nos machos e nas fêmeas dos afídeos.Clones verdes (A), vermelhos (B) e clone verde mutante (C) obtido a partir do clone vermelho do afídeo A. pisumLogo, os genes codificantes da biossíntese de carotenos em afídeos devem ser do genoma destes insetos.Uma vez que o genoma de A. pisum já havia sido seqüenciado, a análise deste buscando genes codificadores de carotenos levou à descoberta de genes de carotenos muito similares de genes que codificam a biossíntese de carotenos em fungos. Assim, considerou-se a possibilidade da contaminação do DNA de A. pisum quando de seu seqüenciamento. Porém, a expressão de sete genes de A. pisum mostrou ser altamente reprodutiva em diferentes laboratórios de pesquisa. Logo, a contaminação também foi descartada.Os dados obtidos indicam que houve transferência lateral de genes de um fungo para um afídeo em um evento único, seguido de duplicação do genoma do afídeo. Possivelmente, o doador do gene ancestral pode ter sido um fungo patogênico ou simbionte de afídeos, ou ainda um simbionte de plantas fonte de alimento de afídeos. A transferência lateral de genes também foi evidenciada para outra espécie de afídeo, Myzus persicae. O mais impressionante é que a variação de carotenos decorre de uma única substituição no gene, de guanosina para adenosina, que leva à substituição de um único aminoácido na enzima dessaturase carotenóide, de ácido glutâmico para lisina. Esta mudança altera totalmente o sítio ativo enzimático, já que o ácido glutâmico, como o próprio nome diz, é um aminoácido de caráter ácido, enquanto que a lisina é um aminoácido com caráter básico. Tal mudança no sítio enzimático determina a cor do caroteno produzido, e esta mutação está presente nesta enzima encontrada em bactérias, plantas e fungos. A mutação não permite mais a biossíntese de toruleno e desidro-gama,psi-caroteno, mas somente de gama-caroteno.Árvores filogenéticas de enzimas que codificam a biossíntese de carotenos. (A) Dessaturases carotenóides e (B) cyclase carotenóide-sintase carotenóide. As sequencias ilustradas são de afídeos, bactérias, plantas e fungos. Não foram encontrados homólogos que codificam a biossíntese de carotenos em genomas de outros animais.A história chega ao fim quando se verifica que a transferência lateral de genes codificadores da biossíntese de carotenóides de um fungo para um afídeo promoveu uma série de eventos, como duplicações genéticas, diversificação seqüencial e mudanças na expressão de cópias dos genes, que resultaram no surgimento de variantes de afídeos com diferentes cores. Suas diferentes cores promovem diferentes interações com o ambiente (absorção de luz) e com outros organismos (predadores). Levando-se em conta que carotenos são essenciais para muitas espécies de animais, é surpreendente que tal transferência lateral de genes não tenha ocorrido com mais freqüência. De qualquer forma, esta é a primeira aquisição de genes codificantes da biossíntese de carotenos por animais já documentada.Moran, N., & Jarvik, T. (2010). Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids Science, 328 (5978), 624-627 DOI: ... Read more »
Moran, N., & Jarvik, T. (2010) Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids. Science, 328(5978), 624-627. DOI: 10.1126/science.1187113
- March 20, 2010
- 09:18 AM
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Vespas exploram actinobactérias em proveito próprio
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
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Tais relações estão amplamente distribuídas em todos os ambientes da Terra. Em particular, relações de simbiose entre insetos e microrganismos são importantes para a nutrição dos insetos bem como para a proteção dos alimentos dos insetos. No caso de larvas de uma espécie específica de vespa, Philantus sp., esta estabelece relação de simbiose com uma actinobactéria (Candidatus Streptomyces philanthi) que protege tanto a vespa como seus ovos da infecção por patógenos. As fêmeas da vespa “cultiva” estas bactérias em suas antenas, e depositam uma secreção contendo estas bactérias nas células que darão origem a seus ovos. As larvas dos ovos incorporam tais bactérias em seus casulos, e as espalham pela superfície do casulo enquanto estes são formados, girando o casulo no local em que se encontram. Uma vez isoladas, as actinobactérias dos casulos foram crescidas em meio de cultura em laboratório, para que, depois de crescidas sufiecientemente, fornecessem quantidade adequada de meio de cultura para o isolamento dos antibióticos que produzem. Estes foram identificados como sendo a estreptoclorina (1), a piericidina A1 (2), a piericidina B1 (3), a glucopiericidina A (4), a piericidina A5 (5), a piericidina C1 (6), a 9’-desmetil-piericidina A1 (7), a piericidina B5 (8) e a piericidina IT-143-B (8). Tais antibióticos já eram conhecidos e já haviam sido isolados de outras linhagens de actinobactérias, mas nunca todas juntas. Após a remoção das actinobactérias da superfície dos casulos, nenhum dos antibióticos pôde ser detectado nestes. Os autores utilizaram uma técnica recentemente desenvolvida, chamada de espectrometria de massas de geração de imagens por dessorpção/ionização a laser acoplada a um analisador por tempo de vôo [(LDI)-TOF/MS imaging]. Esta técnica permite a visualização de substâncias em uma superfície. Desta maneira, conseguiram, literalmente, observar (ou não) a presença das substâncias na superfície das larvas de Philanthus sp. A técnica permitiu detectar a piericidina A1 como sendo a substância majoritária presente na superfície dos casulos, além das substâncias piericidina B1 a estreptoclorina, com uma distribuição bastante uniforme destes três antibióticos em toda a superfície dos casulos. Porém, estas substâncias ocorrem em muito menor concentração no interior do casulo. A quantidade total média de todos os antibióticos em cada casulo pôde ser estabelecida: 130,5 +/- 209,7 µg.(a) Fêmea da vespa Philanthus sp. secretando actinobactérias (listras brancas da antena); (b) micrografia de fluorescência por hibridização in situ das actinobactérias simbiontes de Philanthus sp.; (c) estruturas das substâncias químicas isoladas do meio de cultura da actinobactéria: estreptoclorina (1) e piericidinas (2-9); análise por LDI-TOF/MS da superfície do casulo de Philanthus sp. Mapas de intensidade de íons das substâncias piericidina A1 (figura d superior à esquerda), piericidina B1 (figura d superior à direita), estreptoclorina (inferior á esquerda). A figura d inferior à direita se refere ao casulo da vespa Philathus sp. A intensidade dos íons de cada substância é indicada com pontos coloridos: pontos negros correspondem a 0 íons e pontos vermelhos correspondem a 255 íons. Tanto o extrato bruto de metanol do casulo, como as substâncias individuais 1, 2, 3 e 4 , foram testadas contra uma série de microrganismos patogênicos (Figura 2b). O extrato do casulo apresentou atividade antibiótica contra todas as linhagens testadas (detalhe: Metarhizium anisopliae e Beauveria bassiana são fungos entomopatogênicos, ou seja, patógenos de insetos). Dentre as substâncias puras testadas, a piericidina A1 demosntrou ser o antibiótico de mais amplo espectro. As concentrações de atividade biológica para todos os antibióticos isoladas da actinobactéria situaram-se na faixa de 0,24 a 24 nmol (1 nmol = 0,0000000001 mol). As actinobactérias simbiontes “cultivadas” nas antenas da fêmea da vespa Philanthus sp. produzem um “coquetel de antibióticos” que protege o casulo das larvas da vespa contra agentes infeciosos (fungos e bactérias patogênicos). A localização dos antibióticos na superfície do casulo permite estabelecer a sua real função e o significado ecológico das substâncias produzidas pela actinobactéria. A proteção por antibióticos confere às larvas da vespa uma forma de se proteger, uma vez que vespas são insetos solitários, desprovidos de formas de defesa adquiridas por insetos sociais.Atividade biológica das substâncias produzidas pela actinobactéria isolada de Philanthus sp. (a) Placa de Petri do fungo Penicillium avellaneum sobre o qual foram aplicados o extrato metanólico do casulo (i) e as substâncias estreptoclorina (ii), piericidina A1 (iii), piericidina B1 (iv), e glucopiericidina A1 (v). (b) Padrão de inibição de vários micro-organismos patogênicos pelas substâncias isoladas da actinobactéria simbionte de Philanthus sp. Círculos vermelhos indicam o máximo de inibição de crescimento microbiano; círculos laranja indicam 76 a 99% de inibição do crescimento microbiano; círculos amarelos, 51 a 75% de inibição do crescimento microbiano; círculos verdes indicam 26 a 50% de inibição do crescimento microbiano; círculos verdes indicam 1 a 25% de inibição do crescimento microbiano. A “terapia de antibióticos” produzida pela actinobactéria e utilizada pela vespa corresponde à utilização de coquetéis de antibióticos ou de antivirais, cada vez mais utilizada em medicina. Tal forma de tratamento explora a ação sinergísti... Read more »
Kroiss, J., Kaltenpoth, M., Schneider, B., Schwinger, M., Hertweck, C., Maddula, R., Strohm, E., & Svatoš, A. (2010) Symbiotic streptomycetes provide antibiotic combination prophylaxis for wasp offspring. Nature Chemical Biology, 6(4), 261-263. DOI: 10.1038/nchembio.331
- April 17, 2010
- 06:08 PM
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O que faz um artigo científico ser um bom artigo científico?
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Primeiramente, é necessário se definir o que é um artigo científico: no contexto das ciências naturais (ou seja, aquelas que descrevem a natureza), um texto que relata uma proposta, como tal proposta foi verificada e se esta proposta foi comprovada (ou não). É uma definição bastante minimalista, mas que pode ser assim definida para os propósitos desta postagem.Assim, um bom artigo científico é aquele que, presumivelmente: a) apresenta uma proposta ousada, inovadora, inédita e de grande importância; b) faz uso de metodologias experimentais muito bem aceitas e que comprovadamente podem fornecer evidências contundentes se tal proposta é válida ou não, e; c) se a proposta em questão foi verificada.Quando o artigo “Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme” foi publicado na revista Science há pouco mais de 1 ano (27 de fevereiro de 2009), causou um enorme alarde na comunidade científica do mundo todo e foi amplamente divulgado na World Wide Web (internet).Qual a proposta do artigo? Segundo os autoresA long-standing research goal has been to devise a nonbiological system that undergoes replication in a self-sustained manner, brought about by enzymatic machinery that is part of the system being replicated. One way to realize this goal, inspired by the notion of primitive RNA-based life, would be for an RNA enzyme to catalyze the replication of RNA molecules, including the RNA enzyme itself.This has now been achieved in a cross-catalytic system involving two RNA enzymes that catalyze each other’s synthesis from a total of four component substrates.(Traduzindo: Um objetivo científico há muito tempo buscado seria de se constituir um sistema não-biológico que realiza replicação de maneira auto-sustentada, formado por um maquinário enzimático que é parte do sistema sendo replicado. Uma maneira de atingir este objetivo, tendo como inspiração o conceito de vida primitiva baseada em RNA [ácido ribonucléico], seria uma enzima do tipo RNA que catalisasse a replicação de moléculas de RNA, incluindo a replicação da própria enzima.Isso foi realizado em um sistema catalítico cruzado com duas enzimas de RNA que catalisam a síntese uma da outra a partir de quatro substratos diferentes.)Os autores utilizaram uma enzima RNA chamada de R3C e, após formar um complexo enzimático cruzado, estabeleceram as condições para que as enzimas se auto-replicassem sem qualquer interferência externa. Após o consumo inicial das unidades que constituem o RNA (citidina-guanosina, adenosina-uridina), as enzimas formadas foram transferidas para um novo meio reacional contendo quantidades adicionais das suas unidades formadoras. Tal procedimento foi repetido várias vezes, de maneira seqüencial. Assim, as enzimas RNA continuaram a crescer e adquirir sequências de pares C-G, U-A cada vez maiores. Porém, o mais interessante é que as enzimas formadas não se formam na mesma proporção. Algumas sequências são formadas mais rapidamente e crescem mais, dando origem a fragmentos mais longos, e, portanto, são enzimas de RNA mais complexas geradas a partir da ação inicial da R3C.Ou seja, os autores conseguiram provar sua proposta (hipótese) de formação de um sistema auto-catalítico auto-sustentado. O mais interessante é que o sistema como um todo evolui, e dá origem a poucos fragmentos maiores e mais complexos de RNA, que são mais estáveis. Ou seja, o sistema sofre seleção em função da estabilidade dos produtos formados.Ver o artigo original para a explicação destes gráficos. O gráfico B indica a população relativa de diferentes enzimas RNA formadas.As conclusões finais dos autores são que Populations of cross-replicating RNA enzymes can serve as a simplified experimental model of a genetic system with, at present, two genetic loci and 12 alleles per locus. (…) In order to support much greater complexity, it will be necessary to constrain the set of substrates, for example, by using the population of newly formed enzymes to generate a daughter population of substrates. An important challenge for an artificial RNA-based genetic system is to support a broad range of encoded functions, well beyond replication itself.(Populações de enzimas RNA de replicação cruzada podem servir como modelos experimentais simplificados de um sistema genético com, até agora, 2 loci genéticos e 12 alelos por locus [biólogos e/ou geneticistas: ajuda nestas definições são bem-vindas!]. (...) De forma a suportar uma complexidade muito maior, será necessário restringir o conjunto de substratos, utilizando, por exemplo, a população de enzimas recém-formadas para gerar uma população de substratos “prole”. Um desafio importante para um sistema genético artificial baseado em RNA é apresentar uma ampla variedade de funções codificadas, muito além da simples replicação.)Em pouco mais de 1 ano, este artigo foi citado por 40 outros artigos científicos (resultados de busca no Institute for Scientific Information – Web of Science), e deu origem a quase 2.000 “entradas” no Google (utilizando a expressão “Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme”, com as aspas. Desta maneira a busca no Google é feita com a expressão completa, na ordem especificada). Poderia-se pensar que tais menções pudessem ser a respeito do total absurdo, ou conclusões errôneas, publicado pelos autores. Muito pelo contrário. O artigo de Lincoln e Joyce serviu não somente de base experimental para outros trabalhos, mas também de suporte para a inferência sobre a real pertinência de formação de sistemas biológicos primitivos formados a partir de RNA (o assim chamado “RNA-world”).Grande sacada dos pesquisadores do Scripps Research Institute (California, EUA). Um bom artigo não passa despercebido.Muito pelo contrário. Um artigo, um único artigo científico, extremamente ousado e original, com idéias realmente revolucionárias, pode levar ao inesperado: o Prêmio Nobel. Keinichi Fukui e Roald Hoffmann dividiram o Prêmio Nobel de Química de 1981 pela publicação de um único artigo cada um. O de Fukui, originalmente publicado em 1952, foi extremamente criticado à época. O de Hofmann foi publicado em conjunto com Robert B. Woodward (em 3 versões, é verdade, mas que na essência são o mesmo trabalho): “The Conservation of Orbital Symmetry”, originalmente na revista Accounts of Chemical Research em 1968. A versão expandida foi publicada no ano seguinte, com o mesmo título, na revista Angewandte Chemie International Edition. O mesmo artigo foi publicado de maneira bastante sumarizada, com o título “Orbital Symmetry Control of Chemical Reactions”, no ano seguinte na revista Science. Esta teoria, denominada “Teoria dos Orbitais Moleculares de Fronteira” (Frontier Molecular Orbitals Theory), literalmente revolucionou o entendimento da química orgânica, e hoje é ensinada em livros-texto adotados em salas de aula no mundo todo. Woodward também ganhou o Prêmio Nobel de Química, por suas inúmeras contribuições ao desenvolvimento da síntese de substâncias orgânicas.A Teoria dos Orbitais Moleculares de Fronteira é razoavelmente complicada para ser explicada de maneira simples, mas pode ilustrada de maneira extremamente simplista. Os elétrons em volta dos átomos ocupam regiões chamadas de orbitais. A formação de ligações químicas entre átomos resulta da combinação destes orbitais atômicos, formando orbitais moleculares. A maneira como os orbitais atômicos se combinam para formar orbitais moleculares foi inicialmente explicada pela teoria da mecânica quântica (que consegue explicar a formação de ligações em moléculas extremamente simples, como o gás hidrogênio, H2). Hoffmann e Fukui elaboraram um modelo, de certa forma pictórico, que explica como ocorrem reações químicas orgânicas entre moléculas muito mais complexas do que o H2.Reação concertada entre um dieno e um dienófilo, que obedece às regras de Woodwad-Hoffmann, de acordo com a Teoria dos Orbitais Moleculares de Fronteira.Bingo!Grandes sacadas científicas -> bons artigos científicos -> eventualmente o Prêmio Nobel.Fukui, K., Yonezawa, T., & Shingu, H. (1952). A Molecular Orbital Theory of Reactivity in Aromatic Hydrocarbons The Journal of Chemical Physics, 20 (4) DOI: ... Read more »
Fukui, K., Yonezawa, T., & Shingu, H. (1952) A Molecular Orbital Theory of Reactivity in Aromatic Hydrocarbons. The Journal of Chemical Physics, 20(4), 722. DOI: 10.1063/1.1700523
Lincoln, T., & Joyce, G. (2009) Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme. Science, 323(5918), 1229-1232. DOI: 10.1126/science.1167856
Hoffmann, R., & Woodward, R. (1968) Conservation of orbital symmetry. Accounts of Chemical Research, 1(1), 17-22. DOI: 10.1021/ar50001a003
Woodward, R., & Hoffmann, R. (1969) The Conservation of Orbital Symmetrya. Angewandte Chemie International Edition in English, 8(11), 781-853. DOI: 10.1002/anie.196907811
Hoffmann, R., & Woodward, R. (1970) Orbital Symmetry Control of Chemical Reactions. Science, 167(3919), 825-831. DOI: 10.1126/science.167.3919.825
- January 30, 2010
- 01:05 PM
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Corais lá do fundo
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
A história dos corais das profundezas dos oceanos aos poucos começa a ser melhor conhecida. Até alguns anos atrás acreditava-se que estes animais das profundezas, parte do grupo dos cnidários (aos quais pertencem também as anêmonas-do-mar, os hidrozoários e águas-vivas, ou medusas), tinham evolutivamente se originado a partir de espécies de águas rasas. Que nada. Um grande projeto chamado de “Árvore da Vida dos Cnidários” tem investigado os corais de águas profundas desde o início dos anos 90. Principalmente corais pretos e octocorais (corais com 8 tentáculos). Resultados de análises do DNA destes animais indicaram que os corais de águas profundas apresentam um ancestral comum, também de águas profundas. Porém nem todos. Alguns realmente se originaram de espécies de águas rasas, e que migraram para águas profundas milhões de anos atrás.
O mais interessante é que os especialistas no assunto também acreditavam que corais coloniais, constituídos de vários indivíduos, fossem originários de corais solitários (individuais). Tal premissa também mostrou não ser verdadeira. A análise do DNA de 97 espécies de corais solitários indicou que vários corais solitários são descendentes mais próximos de corais coloniais do que de corais solitários de águas profundas. Também pelo menos duas linhagens de corais solitários de águas profundas derivam de corais coloniais. Os dados colhidos pelos pesquisadores indicam uma verdadeira suruba evolutiva, de formas coloniais originando formas solitárias, e vice-versa. E os corais lá do fundo tiveram uma grande participação nesta história.
Referência
Pennisi, E. (2010). In the Deep Blue Sea Science, 327 (5965), 519-519 DOI: 10.1126/science.327.5965.519 Read the comments on this post...... Read more »
Pennisi, E. (2010) In the Deep Blue Sea. Science, 327(5965), 519-519. DOI: 10.1126/science.327.5965.519
- February 2, 2010
- 07:29 PM
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Quanto vale uma idéia?
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Você publicaria sua proposta de projeto científico em uma revista? Você considera tal possibilidade viável?O editor Shu-Kun Lin, do sistema MDPI de revistas de acesso aberto, acaba de lançar a revista Challenges, que terá por objetivo a publicação de projetos de pesquisas e idéias inovadoras. É, no mínimo, uma concepção bastante diferente do que pode ser publicado em uma revista científica.Por detrás de uma proposta de projeto deve estar uma idéia, bem fundamentada. E ter idéias novas, construídas em bases científicas, não é simples. Bem pelo contrário – não são todos os dias que se têm boas idéias. Muitas vezes são difíceis de serem encontradas.Algumas das melhores idéias científicas já propostas foram escolhidas por pesquisadores da Bell Laboratories, e demonstram o poder criativo de pesquisadores natos ou muito experientes na concepção de sistemas que literalmente transformaram o mundo.1. A telefonia: A. Graham Bell, 1876.2. A câmera para captura de movimento: Thomas Edison, 1897.3. Sistemas de telecomunicações G. Marconi, 1897 e N. Tesla, 1901.4. Sistemas de televisão: P. T. Farnsworth, 1930, V. K. Zworykin, 1935 e 1938.5. Amplificadores de Semicondutores: W. B. Shockley, 1950.6. Transistores: J. Bardeen e W. H. Brattain, 1950.7. Masers e sistemas de comunicação por maser: A. L. Schaklow e C. H. Townes, 1960.8. Detecção de câncer por imagens de ressonância magnética: R. D. Damadian, 1974.9. Fibras óticas: R. D. Maurer e P. C. Schultz, 1972; D. B. Keck, 1973; W. W. Wolf, 1976.10. Redes inteligentes: R. P. Weber, 1980.11. O sistema ALOHA – INTERNET: 1968, início.Com exceção da internet, que não foi patenteada, os anos dos 10 outros ítens se referem aos anos de publicação das patentes.A publicação de projetos de pesquisa (inéditos?) é uma aventura que considero arriscada. Muitas vezes uma idéia leva à outra. Um projeto científico inicial desemboca em outro, que leva a outro, ou muitos outros. Publicar uma idéia pode ser arriscado. Pois nunca se sabe o real valor de uma idéia. Hoje, pode não ter valor nenhum. Mas amanhã...ReferênciaLin, S. (2010). Challenges – An Open Access Scientific Journal for Research Proposals and Open Problems Challenges, 1 (1), 1-2 DOI: 10.3390/challe1010001 Read the comments on this post...... Read more »
Lin, S. (2010) Challenges – An Open Access Scientific Journal for Research Proposals and Open Problems. Challenges, 1(1), 1-2. DOI: 10.3390/challe1010001
- March 29, 2010
- 10:01 PM
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Medite
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Se Yoga ou Tai Chi Chuan não funcionassem, fossem pura enganação, coisa de charlatão mesmo, teriam sobrevivido culturalmente durante mais de 5.000 anos? Duvido. Porém, outras formas de “experiência extra-sensorial” surgiram e desapareceram. Por exemplo, fotografia Kirlian, a qual, acreditava-se, fotografava a “aura” de pessoas. Outro pilatra era Uri Geller, defenestrado como um grande picareta. Exemplos nesse âmbito abundam: pêndulos, cristais, cartomantes, bolas de cristal, duendes, gnomos, e tantas outras diversões mais que fica difícil se lembrar de todas.Porém, Yoga e Tai Chi Chuan têm, cada vez mais, chamado a atenção de médicos, fisioterapeutas, e agora de neurofisiologistas, uma vez que tanto uma como outra são, no fundo, práticas de meditação. E, considerando-se a enorme popularidade que a meditação vem recebendo por conta dos benefícios que traz àqueles que a praticam, muita pesquisa têm sido desenvolvida para se entender como funcionam os efeitos da meditação no cérebro.Estudos coordenados por Jim Lagopoulos, e realizados por sua equipe da Sidney University (Australia) e pesquisadores da Norwegian University of Science and Technology, tiveram justamente este objetivo: observar mudanças nos padrões elétricos durante exercícios de meditação.Mesmo dormindo, ou descansando, nosso cérebro sempre apresenta níveis de atividade elétrica. Por isso, a atividade cerebral pode ser monitorada por eletroencefalografia, colocando-se eletrodos em posições bem determinadas do crânio, utilizando-se uma espécie de capuz para fixar os eletrodos. Os voluntários deste estudo realizaram duas diferentes atividades: descansar durante 20 minutos e meditar durante 20 minutos, de maneira aleatória entre os participantes. Os pesquisadores analisaram os padrões de ondas cerebrais elétricas do tipo alfa, beta, delta e teta. Durante os exercícios de meditação, os pesquisadores observaram uma maior intensidade de ondas teta nas regiões frontal e central do cérebro. Segundo os pesquisadores, tais ondas se originam a partir de uma atenção relaxada que monitora nossas “experiências interiores”. Uma diferença significativa entre simplesmente relaxar e meditar. Estudos anteriores indicaram que ondas teta indicam uma profunda capacidade de relaxamento e ocorrem com mais freqüência em praticantes experientes de meditação. A origem de tais ondas é na região frontal do cérebro, associada com o monitoramento de determinados processos mentais. Quando se mede a calma mental, estas regiões ativam as partes mais baixas do cérebro, induzindo um relaxamento físico em resposta aos exercícios de meditação.Já ondas alfa são mais pronunciadas na região posterior do cérebro durante a meditação do que simplesmente durante um relaxamento. Indicam um descanso alerta. Tal tipo de comportamento cerebral é um sinal universal de relaxamento durante a meditação e outros tipos de relaxamento. A quantidade de ondas alfa aumenta quando o cérebro relaxa após atividades direcionadas. É um sinal de relaxamento profundo – mas não significa que a mente está vazia.Análises de imagens neuronais realizadas pela equipe de Malia F. Mason do Dartmouth College indicam que o estágio de descanso normal do cérebro é uma corrente silenciosa de pensamentos, imagens e memórias, que não são provocadas por estímulos sensoriais ou racionais, mas que emergem espontaneamente do interior da mente. A tomada de consciência interior é algo que se percebe cada vez mais quando se pratica meditação. É uma atividade cerebral padrão, mas que é totalmente subestimada. Provavelmente representa um tipo de processamento mental que permite a conexão entre vários “resíduos” de experiências e emoções, colocando-os em perspectiva, deixando de lado a atividade mental ordinária.Já durante o sono, as ondas delta são as mais freqüentes. Os pesquisadores observaram baixa intensidade de ondas delta durante relaxamento e meditação, fato que confirmou que a meditação não-direcionada é totalmente diferente do sono. As ondas beta surgem quando o cérebro está ativo, trabalhando, com tarefas objetivas. Tais ondas praticamente desaparecem durante as práticas de meditação e relaxamento. Ou seja, quando se relaxa e medita, pode-se, realmente, deixar os problemas de lado.Os estudos indicaram que a melhor forma de meditação é aquela que leva ao “esvaziamento da mente”, sem a realização de exercícios direcionados, como tentando visualizar imagens, ou mentalizando sons (como o “AUM”). As técnicas de esvaziamento da mente foram principalmente desenvolvidas pelos zen-budistas, que buscam atingir o estado de consciência máxima através do “pensar em nada”. Utilizando-se desta técnica de meditação, os praticantes não buscam um objetivo em particular ou um estado da mente. Simplesmente esperam, pacientemente, os pensamentos fluírem e irem embora.Tai práticas são conhecidas há milênios. Atualmente diversos pesquisadores do mundo todo estão comprovando que meditar faz muito bem à saúde. Qual é o segredo da boa meditação? Infelizmente, encontrar um bom professor. Alguém que tenha tido uma boa formação nas práticas de yoga ou tai chi chuan. Os exercícios de yoga e tai chi chuan ajudam muito a relaxar o corpo e preparar a mente para as práticas de meditação. Leva tempo para se conseguir um estado de relaxamento alerta, sem dormir. Meses. Às vezes anos. Como dizia meu professor de yoga, Frederico: “Perseverança, persistência, mas nunca desistência”.Lagopoulos, J., Xu, J., Rasmussen, I., Vik, A., Malhi, G., Eliassen, C., Arntsen, I., Sæther, J., Hollup, S., Holen, A., Davanger, S., & Ellingsen, �. (2009). Increased Theta and Alpha EEG Activity During Nondirective Meditation The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 15 (11), 1187-1192 DOI: 10.1089/acm.2009.0113 Read the comments on this post...... Read more »
Lagopoulos, J., Xu, J., Rasmussen, I., Vik, A., Malhi, G., Eliassen, C., Arntsen, I., Sæther, J., Hollup, S., Holen, A.... (2009) Increased Theta and Alpha EEG Activity During Nondirective Meditation. The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 15(11), 1187-1192. DOI: 10.1089/acm.2009.0113
- April 10, 2010
- 03:35 PM
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Pinte o 7, com RMN-MOUSE
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Hoje em dia cada vez mais se realizam exames e diagnósticos por imagem gerada por Ressonância Magnética Nuclear (RMN), ou simplesmente “exames de ressonância”. Frequentemente médicos solicitam exames deste tipo, que não é invasivo (ou seja, não é necessária a inserção de uma sonda no corpo do paciente), não é necessário se tomar uma substância que forneça contraste (como em exames de raios-X, em que pode-se tomar substâncias contendo Iodo ou Bário radioativos para aumentar o contraste da imagem gerada), e o exame não é nocivo para a saúde nem do médico nem do paciente, pois não ficam expostos à radiação (como no caso de exames de raios-x).Mas, então, qual é o princípio da análise por RMN? Como ela funciona?Como o próprio nome diz, a técnica se fundamenta no uso das propriedades magnéticas dos núcleos dos átomos. Mas não de qualquer átomo. Não são todos os átomos que podem ser detectados por RMN, apenas alguns. Todos aqueles que não apresentam a massa atômica de número par e número atômico também de número par. Por exemplo, o isótopo 12 do carbono (massa atômica = 12; número atômico = 6) e o isótopo 16 do oxigênio (número de massa = 16; número atômico = 8) não podem ser detectados por RMN. Porquê? Porque os seus núcleos não se comportam como ímãs sub-atômicos.Ímãs sub-atômicos? Exatamente. Ímãs sub-atômicos, pois são os NÚCLEOS de outros átomos, que não têm número de massa par e número atômico também par, que se comportam como ímãs. Por exemplo, o hidrogênio (massa atômica = 1; número atômico = 1), o isótopo de massa 13 do carbono (massa atômica = 13; número atômico = 6), o deutério (massa atômica = 2; número atômico = 1), o nitrogênio 14 (massa atômica = 14; número atômico = 7), e muitos outros. Comportando-se como ímãs, estes núcleos apresentam um determinado campo magnético. Ora, leitor, você já experimentou colocar um ímã perto de outro? Os dois ímãs “se sentem” mutuamente, em uma relação recíproca.Não é uma nave espacial, e sim um aparelho de RMN de 900 MHzEsta propriedade de determinados núcleos se comportarem como ímãs sub-atômicos permite que sejam detectados por aparelhos de RMN, que apresentam um ímã para detectar núcleos. A explicação física é relativamente complicada, mas pode ser resumida da seguinte maneira: núcleos de átomos que apresentam caráter magnético têm uma determinada freqüência de precessão em torno do próprio eixo. Ou seja, estes núcleos giram em torno de si próprios, com uma determinada freqüência de precessão (número de voltas por segundo, ou freqüência, em Hertz). Quando se ajusta a freqüência do campo magnético do aparelho de RMN para detectar um determinado tipo de núcleo (hidrogênio, por exemplo), os dois campos magnéticos, o do núcleo e o do aparelho, entram em ressonância. Daí surgiu o nome da técnica de RMN. É muito parecido com o funcionamento de um rádio: você tem uma emissora de rádio (que seria o núcleo do átomo que se deseja detectar) e um aparelho de recepção de ondas de rádio (ou, um rádio). Para ouvir aquela emissora de rádio é necessário se ajustar a frequência de recepção das ondas de rádio no aparelho de rádio. Desta forma, o aparelho de rádio “entra em ressonância” com a emissora de rádio.Bom, e daí? E daí que nós humanos temos cerca de 70% de água no nosso corpo. E água tem hidrogênio (H2O). Logo, aparelhos de RMN detectam água. O diagnóstico por RMN é feito observando-se o padrão de distribuição de água nos tecidos do corpo. Se o padrão de distribuição estiver “anormal”, alguma coisa está errada.A descoberta do fenômeno de RMN literalmente revolucionou a ciência. Esta descoberta foi feita independentemente por Bloch e Purcell, que dividiram o prêmio Nobel de Física de 1952. Richard Ernst (1991) e Kurt Wütrich (2002) também ganharam o prêmio Nobel por terem se dedicado ao desenvolvimento e utilização da técnica de RMN na geração de imagens, em análises químicas, físicas, biológicas, geoquímicas, em química de materiais e em outros ramos do conhecimento. Atualmente qualquer universidade do mundo que realiza pesquisa em química e/ou em física possui pelo menos um aparelho de RMN. São aparelhos sofisticados, grandes e caros, em contínuo aprimoramento. Praticamente a cada 2 anos são lançados novos modelos, extremamente versáteis, de aparelhos de RMN. Os campos magnéticos utilizados nos aparelhos de RMN são gerados por magnetos supercondutores que devem ser resfriados por hélio líquido (a cerca de -269 graus Celsius), cujo reservatório deve ser resfriado com nitrogênio líquido (cerca de -200 graus Celsius).Até recentemente a utilização de aparelhos de RMN estava limitada à localização destes em institutos acadêmicos, ou institutos de pesquisa especializados, em centrais de análises ou ainda em instituições médicas. Porém, já nos anos 80 pesquisadores começaram a desenvolver aparelhos de RMN portáteis, os quais foram colocados em uso em 1996, e atualmente estão sendo cada vez mais utilizados para os mais diversos fins: análise de asfalto de ruas e estradas, de estruturas de pontes e análises de solo. Denominados aparelhos de RMN de varredura (Stray-Field NMR), são aparelhos de RMN em miniatura. São colocados muito próximos à superfície do material que se pretende analisar, de maneira que a geração de um campo magnético pelo aparelho permite que os núcleos dos átomos de hidrogênio no material sob análise sejam detectados. Em geral, analisa-se o padrão de distribuição de água. Mas também de gordura, ou de proteínas.O aparelho de RMN portátil foi batizado, muito apropriadamente, de RMN-MOUSE (MObile Universal Surface Explorer). Tem o tamanho de um aparelho de telefone celular grande, ou um palm, e é empregado movendo-se um campo magnético que não varia. O aparelho é colocado próximo à superfície que se deseja analisar, obtendo-se imagens tanto da superfície como de camadas próximas à superfície, para que se possa conhecer a constituição do material sob análise. A resolução da imagem gerada pode chegar a 2,3 um. Uma das aplicações mais interessantes do RMN-MOUSE é na análise de obras de arte e de construções históricas, de grande valor cultural.aparelho de RMN-mousePor exemplo, a pintura “Adoração de Magi” (Pietro Perugino, pintada entre 1496-1498) foi analisada por RMN-MOUSE, e indicou uma diferença de espessura no tecido da tela das bordas quando comparada com a espessura do centro da pintura. No caso da pintura “Pala Albergotti” (Giorgio Vasari), detectou-se uma diferença da espessura de tinta no centro e nas extremidades da pintura. Esta diferença foi atribuída à presença de oxalatos (sais de ácido oxálico, HO2C-CO2H), originários da degradação da proteína utilizada no acabamento da pintura, detectadas por RMN-MOUSE, microsopia óptica e espectroscopia no infravermelho.Adoração de Magi, de Pietro ParuginoPala Albergotti, de Giorgio VasariA técnica de RMN-MOUSE também é utilizada na análise de documentos antigos, uma vez que papel é feito com celulose e lignina, que apresentam tanto “água aprisionada” como “água livre” na sua estrutura. No caso de papel e madeira danificados, a quantidade de água e a crsitalinidade da celulose sofrem modificações, e podem ser detectadas. Assim, é possível se saber qual a extensão do comprometimento de documentos antigos de acordo com o teor de água que estes apresentam. Também se observou efeito corrosivo de tinta utilizada na escrita, feita de ferro e taninos (iron gall ink), em documentos do Codex Major da Collectio Altaemsiana.tinta de ferro e taninos (iron gall ink)A técnica de RMN-MOUSE também já foi utilizada na análise da madeira de violinos Stradivarius. Em alguns casos, foi possível saber quantas camadas de verniz foram aplicadas na madeira da confecção dos instrumentos. Também foi possível se verificar que os violinos mais antigos foram fabricados com madeiras mais densas, e que a densidade da madeira influencia diretamente na qualidade do som produzido pelo instrumento. Tal técnica também pode ser empregada na distinção de violinos verdadeiramente antigos daqueles que são falsificados.A RMN-MOUSE também é utilizada para se analisar o teor de água em paredes de prédios e monumentos históricos, de maneira a que os restauradores possam utilizar o material mais adequado na restauração de tais construções. A análise dos afrescos pintados por Pelledrino degli Aretusi na Capela Serra da Igreja da Nossa Senhora do Sagrado Coração, em Roma, indicou que estes estão sujeitos à umidade que se inflitra a partir do solo. A análise detalhada da distribuição de água nos afrescos indicou em que locais este se encontra mais a... Read more »
Blümich, B., Casanova, F., Perlo, J., Presciutti, F., Anselmi, C., & Doherty, B. (2010) Noninvasive Testing of Art and Cultural Heritage by Mobile NMR . Accounts of Chemical Research, 2147483647. DOI: 10.1021/ar900277h
- February 17, 2010
- 08:22 PM
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Gingko biloba: um fóssil vivo, para o bem e para o mal
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Ginkgo biloba é uma planta considerada um fóssil vivo, pois pertence à família das Ginkgoaceae, das quais já foram encontrados espécimens petrificados os quais, se presume, estavam vivos há 300 milhões de anos. Estas plantas se tornaram praticamente extintas durante o Período Terciário (cerca de 60 milhões de anos atrás), restando dois de 19 gêneros com quase 60 espécies.Esta planta é amplamente utilizada na medicina oriental (Japão e China), onde foi e é empregada para o tratamento de tosse, asma bronquial e até bebedeira pesada. Fitofármacos (medicamentos que têm extratos vegetais por base) à base de G. biloba são dos mais utilizados no mundo, inclusive no Brasil, para o tratamento de insuficiência do fluxo sanguíneo, insuficiência cerebral, depressão, vertigens e tonturas, dores de cabeça, déficit intelectual. Porém, testes clínicos realizados com G. biloba, apesarem de serem numerosos, são controversos. Ensaios realizados com idosos apresentando sintomas da doença de Alzheimer não apresentaram resultados evidentes. O chá de G. biloba também é bastante utilizado, apesar de conter concentrações de ácidos ginkgólicos 80 vezes maiores do que as recomendadas. E muito provavelmente também contém a gingkotoxina.A gingkotoxina é formada na planta através de uma via bioquímica muito parecida com aquela que leva à formação da piridoxina, também conhecida por vitamina B6. Sendo assim, quando consumida em excesso, a gingkotoxina atua como um competidor da vitamina B6, uma vitamina essencial para o metabolismo dos aminoácidos. Indivíduos com carência de vitamina B6 apresentam dermatite (inflamação da pele), anemia, gengivite, feridas na boca e na língua, náusea e nervosismo.No Japão, as sementes de G. biloba são consumidas como alimento, mas podem causar intoxicação com sintomas característicos. Tais intoxicações já foram registradas 70 vezes, das quais 27% levaram à morte. Tais intoxicações foram particularmente freqüentes durante a 2ª Guerra Mundial, quando houve escassez de alimentos no Japão. Pacientes que ingeriram sementes de G. biloba apresentaram quadro convulsivo, com vômitos e falta de consciência. Outras plantas que também contém gingkotoxina, como espécies do gênero Albizzia, são responsáveis por inúmeros casos de intoxicação de gado na África.Devido à sua similaridade com a vitamina B6, esta última é utilizada como antídoto em casos de intoxicação por gingkotoxina, que está presente não somente nas sementes, mas também nas folhas de G. biloba, muito utilizadas em fitoterapia. Além disso, vários medicamentos alopáticos contém quantidades de gingkotoxina entre 11,4 e 58,5 mg, sendo que a quantidade máxima reocomendada para ingestão diária é de entre 0,09 e 11,9 mg. A ingestão continuada de medicamentos contendo gingkotoxina pode levar ao surgimento de quadros clínicos convulsivos de natureza epiléptica. A presença de gingkotoxina em fitomedicamentos e medicamentos alopáticos comprovadamente atua em detrimento da saúde dos pacientes.Desta forma, órgãos reguladores de saúde na Europa recentemente estabeleceram restrições na utilização, bem como obrigatoriedade de advertência na bula e na embalagem, de medicamentos à base de G. biloba. No Brasil e no mundo o consumo de fitomedicamentos contendo G. biloba é extremamente elevado. Talvez por desconhecimento dos potenciais danos à saúde que eventualmente o consumo desta planta pode causar.ReferênciasL. C. Baratto, J. C. Rodighero e C. A. de Moraes Santos: “Ginkgo biloba: o chá das folhas é seguro?”. (revista Ciência Hoje)Entrevista com Luís Carlos Marques, especialista em Fitoterapia, mestre em Botânica e doutor em Ciências. Professor do Departamento de Farmácia e Farmacologia da Universidade Estadual de Maringá.Leistner, E., & Drewke, C. (2010). Gingko biloba and Ginkgotoxin, Journal of Natural Products, 73 (1), 86-92 DOI: 10.1021/np9005019 Read the comments on this post...... Read more »
Leistner, E., & Drewke, C. (2010) and Ginkgotoxin . Journal of Natural Products, 73(1), 86-92. DOI: 10.1021/np9005019
- May 2, 2010
- 11:24 AM
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A conservação da biodiversidade é possível?
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Reportagem de Herton Escobar, publicada ontem no jornal O Estado de São Paulo com o título “Mundo falha em proteção a espécies”, comenta os resultados de 8 anos passados desde a realização da Convenção da Diversidade Biológica (CDB), em 2002. O artigo de Escobar se fundamenta em outro artigo, publicado na última sexta feira na revista Science, “Global Biodiversity: Indicators of Recent Declines”. Com base neste, Escobar informa que o ritmo de perda de biodiversidade não só não diminuiu como AUMENTOU. O número de espécies ameaçadas de extinção passou de 11.000 para 17.000. Acertadamente, Escobar informa que, porém, tais números são uma estimativa bastante aproximada, pois não se conhece o número da maior parte das espécies biológicas da Terra, nem quais e quantas estão realmente desaparecendo.Segundo Escobar, na crescente perda de diversidade biológica “pesam os impactos cada vez mais severos das mudanças climáticas, da pesca predatória, da disseminação de espécies invasoras, do desmatamento e do consumo de recursos naturais (como água e solo) por uma população global cada vez maior e mais consumista.”Aparentemente o Brasil tem atuado de maneira relativamente positiva, criando novas áreas de conservação e reduzindo a taxa de desmatamento. Segundo a reportagem, o Prof. Carlos Joly, do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas, dá nota 7 para a atuação do Brasil junto à CDB.foto: cortesia do Dr. Eduardo Hajdu (Museu Nacional, UFRJ)O artigo de Escobar n’O Estado de São Paulo inclui uma análise de Matt Foster, Diretor da ONG Conservação Internacional e co-autor do trabalho publicado na Science. Segundo Foster, “Uma nova visão para a conservação da biodiversidade é necessária. Os líderes mundiais precisam ser mais ambiciosos nos seus esforços para proteger a natureza e todos os bens que ela nos provê via itens essenciais, como água limpa, ar puro, remédios e alimentos. Alguns países têm feito a lição de casa e estão adotando respostas adequadas, mas ainda há um longo caminho pela frente. O Brasil, por ser um dos países com a maior diversidade do mundo, tem a oportunidade e a responsabilidade de liderar o caminho.”Este assunto já foi por mim abordado no blog “Química de Produtos Naturais” mais de uma vez (vejam aqui, aqui e aqui), e manifesto novamente aqui minhas observações. Na verdade, a questão da conservação da biodiversidade será realmente enfrentada somente quando o desenvolvimento econômico começar a ficar comprometido tanto para países desenvolvidos como para os países em desenvolvimento. Questões sobre conseqüências para a saúde, recuperação de áreas degradadas que têm impacto direto sobre as atividades humanas (como recifes de corais, por exemplo, que servem de berçário para várias espécies de peixes), sobre a importância em melhor se conhecer para se explorar de maneira racional os recursos naturais, são todas questões secundárias, que não estão incluídas na agenda da maioria dos governos e empresários. Mesmo daqueles que se dizem “defensores da preservação natural”.A manutenção da biodiversidade, por si só, não interessa dirigentes políticos, empresários, banqueiros e outros setores da sociedade a favor do desenvolvimento a qualquer preço. A propaganda com “atitudes ecologicamente responsáveis”, “desenvolvimento sustentado”, “práticas verdes”, estão longe, muito longe de resultarem em ações efetivas que minimizem de fato a perda de biodiversidade e promovam não somente a manutenção como a recuperação de ecossistemas-chave para a manutenção da diversidade biológica. Tanto isso é verdade que os resultados estão disponíveis, no artigo de Escobar e no artigo publicado na Science.Após 8 anos, o que se tem a dizer sobre a atual conservação da biodiversidade? Que é uma vergonha. Leia o artigo de Herton Escobar aqui.Butchart, S., Walpole, M., Collen, B., van Strien, A., Scharlemann, J., Almond, R., Baillie, J., Bomhard, B., Brown, C., Bruno, J., Carpenter, K., Carr, G., Chanson, J., Chenery, A., Csirke, J., Davidson, N., Dentener, F., Foster, M., Galli, A., Galloway, J., Genovesi, P., Gregory, R., Hockings, M., Kapos, V., Lamarque, J., Leverington, F., Loh, J., McGeoch, M., McRae, L., Minasyan, A., Morcillo, M., Oldfield, T., Pauly, D., Quader, S., Revenga, C., Sauer, J., Skolnik, B., Spear, D., Stanwell-Smith, D., Stuart, S., Symes, A., Tierney, M., Tyrrell, T., Vie, J., & Watson, R. (2010). Global Biodiversity: Indicators of Recent Declines Science DOI: 10.1126/science.1187512 Read the comments on this post...... Read more »
Butchart, S., Walpole, M., Collen, B., van Strien, A., Scharlemann, J., Almond, R., Baillie, J., Bomhard, B., Brown, C., Bruno, J.... (2010) Global Biodiversity: Indicators of Recent Declines. Science. DOI: 10.1126/science.1187512
- February 28, 2010
- 07:52 PM
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O desenvolvimento sustentado é possível?
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
O livro “A Retórica da Razão”, de Albert O. Hirschman (1991) é considerado uma obra de essencial importância para explicar os argumentos de conservadores sobre as atuais mudanças sociais segundo o modelo de desenvolvimento sustentável. Segundo Hirschman, os conservadores apresentam três tipos de argumentos que questionam as mudanças, e procuram minimizar sua importância: argumentos perversos, argumentos fúteis e argumentos de ameaças. O emprego de tais argumentos não somente limita o entendimento entre liberais e conservadores, entre progressistas e reacionários, como também pode ser tão danoso quanto simplesmente se ignorar maneiras de se promover a sustentabilidade. Argumentos reacionários contrários à sustentabilidade estão sendo atualmente utilizados para manter o status quo do sistema econômico e social vigente. Desta forma, a análise crítica da contextualização histórica de tais argumentos ajuda a prover base para sua compreensão e de como estes argumentos são empregados contra mudanças potencialmente necessárias.O têrmo “desenvolvimento sustentado” engloba vários conceitos sobre a relação entre a governabilidade e a sociedade e natureza. Constitui em se estabelecer formas de planejamento e modos de atuação valorosos e virtuosos, quase como um movimento social. Sendo assim, o “desenvolvimento sustentado” atraiu a atenção tanto de revolucionários como de reacionários, que atuam de forma divergente, sem que, contudo, se manifestem abertamente contra a sustentabilidade. A forma de se questionar a sustentabilidade se baseia, fundamentalmente, em questionar se mudanças são ou não realmente necessárias. O conhecimento destas táticas conservadoras permite sua análise e também conhecer o potencial de certas iniciativas de governabilidade, gestão e convivência em ambientes sociais, e também como o emprego de tais argumentos contribuem para reforçar barreiras de comunicação entre grupos com visões sociais distintas.Qual a importância da sustentabilidade e do desenvolvimento sustentado? Principalmente em criar formas diferentes de se resolver problemas e de diálogo entre “partes” aparentemente opostas, que incluem diversos setores da sociedade e do governo. A sustentabilidade traz consigo uma reorganização dos poderes e das instituições administrativas, com ênfase em abordagens participativas e integrativas. De tal forma que a análise dos prospectos de sustentabilidade deve ser muito cuidadosa, de maneira a não ser corrompida por falsas premissas básicas, que buscam apenas a atender determinados setores sociais ou interesses de grupos segmentados.Uma maneira muito questionável de se analisar os preceitos e as maneiras de se promover a sustentabilidade é de acordo com a filosofia pragmática, a qual, na verdade, deve ser muito mais uma forma de se implementar ações do que de análise. A adoção do pragmatismo como base de análise torna muito difícil de discernir quais pontos são realmente verdadeiros para se avaliar a sustentabilidade, bem como o que é realmente bom e possui valor moral neste contexto. Sendo assim, é absolutamente necessário se deixar o pragmatismo de lado e se ampliar o escopo da análise de processos de sustentabilidade, com membros da sociedade aptos a promover tais questionamentos e trazer à luz o conhecimento aliado a tais questionamentos. A adoção de uma “filosofia pragmática” pode ser questionável por sempre trazer a suspeita de que “há sempre algo suspeito sob o sol”, quando tal discussão é trazida por um número crescente de participantes aptos a apresentarem seus diferentes pontos de vista sobre o desenvolvimento sustentado.A sustentabilidade por si só deve ser um conceito pragmático se for para se implementar mudanças para a reorientação das práticas sociais futuras. O problema é que o conceito “sustentabilidade” apresenta uma relação ambígua com o conceito “mudança”. Até há pouco tempo, o conceito de sustentabilidade estava um unicamente relacionado à conservação de recursos naturais. O problema é que esta maneira de pensar implica em se criar formas de manter os recursos naturais intocados e inexplorados, para que não sejam “danificados”. Ora, tal forma de se considerar o desenvolvimento sustentado vai contra a sua essência, que é a da experimentação, do aprendizado, da restauração e da melhoria das relações, muito mais do que de simplesmente se “manter inalterado e intocado” o acesso e utilização racional dos recursos naturais. Um dos maiores desafios da sustentabilidade é de se promover o “pensamento social”, de maneira a se minimizar interesses individuais e de certos setores em favor daqueles de caráter muito mais amplo para a sociedade. Os argumentos conservadores objetivam simplesmente deixar de lado tal forma de se criar maneiras integradas para proposições para a sustentabilidade.Assim, setores sociais conservadores fazem uso de argumentos perversos, fúteis e de ameaças para descaracterizar a necessidade de mudança para promover o desenvolvimento sustentado.Argumentos de perversidade são aqueles que são empregados para dizer que tudo pode apenas piorar e, no contexto da sustentabilidade, apenas tornar todo o processo ainda mais insustentável. Os argumentos de perversidade sustentam que a maneira de se promover a sustentabilidade é contra o desenvolvimento e apresenta perigo para o neoliberalismo. Setores conservadores fazem amplo uso de argumentos com a lógica da perversidade, em favor da governabilidade. Assim, por exemplo, dizer que a sustentabilidade pode ser o principal entrave para o desenvolvimento é um argumento perverso, uma vez que bloqueia qualquer outra possibilidade de se promover desenvolvimento. Porém, pelo contrário. As abordagens de governabilidade sustentada que se baseiam em parcerias tornam mais efetivas a utilização de diferentes recursos, formas de conhecimento e de entendimento, de maneira a encontrar novas soluções para capacitar aqueles que buscam o desenvolvimento sustentado como verdadeiros experimentadores. Somente desta maneira é possível se conhecer novas idéias, valorizar estas idéias e modelar novas práticas conforme tal abordagem integrativa, e não em normas regulatórias.Ao argumentar em termos de “governabilidade”, a abordagem perversa pode atingir seu extremo. Esta estratégia objetiva aumentar a efevitidade e o escopo regulatório, impingindo regras, leis e conformidades, com a proposta de defender “os interesses púbicos”. Assim, em vez de promover a integração entre os interesses públicos e cívicos em longo prazo, o resultado é que os diferentes setores sociais são levados a agir como corporações para defender seus próprios interesses. Perde-se a essência da relação governo-cidadão, e tal relação é reduzida a seu mínimo denominador comum. Embora nefasto, o argumento da perversidade pode eventualmente levar a algumas ações de sustentabilidade positivas, como aquelas identificadas pelos movimentos NIMBY (Not In My Backyard – não no meu quintal), LULU (Locally Unwanted Land Uses – Usos da terra localmente indesejados) e BANANA (Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anything – Não construir nada em local nenhum perto de qualquer coisa). Tais ações são de confrontação, teatrais e às vezes litigiosas. Por isso, é melhor que as propostas de projetos de sustentabilidade sejam apresentadas de maneira explícita, enfatizando novas parcerias e formas de consenso, de maneira a que a governabilidade não perca uma forma efetiva e confiável de mudança.O argumento da futilidade se baseia na assertiva francesa de que “plus ça change, plus c’est la même chose” (quanto mais se muda, mais tudo fica do mesmo jeito). O argumento da futilidade sustenta que a participação social não têm o menor impacto nas decisões a serem tomadas. Que inovações nos modos de participação social no governo são inefetivas, pois não conseguem romper as barreiras entre diferentes grupos, e que só servem para reforçar tais desigualdades e limitações de pensamento e comportamentos, bem como as diferenças nas trocas de experiência e de percepções da realidade. Ou seja, que a participação têm eficácia limitada na mudança de diretrizes. E, ainda, que promover estudos e avanços em agendas específicas são fúteis porque os governos não conseguem incorporar tais mudanças e transferi-las em estratégias e ações efetivas de sustentabilidade.Na verdade, a lógica de futilidade é que é fútil, por considerar que a sustentabilidade só é válida de resultar na mudança de regras, leis e diretrizes. Tentar estabelecer listas de prioridades, áreas e maneiras específicas de atuação sustentada é, de acordo com o próprio princípio da futilidade, uma estratégia ingênua, dúbia e limitante. A resposta para o problema da sustentabilidade como um todo deve ser considerada de maneira integrativa e incrementativa, sem limites definidos. Portanto, o argumento da futilidade apenas tenta reforçar que estamos andando, sem sair do lugar.O argumento da ameaça, ou do perigo, tenta mostrar que a emergência de um novo paradigma de uma forma de desenvolvimento sustentável é verdadeiramente diabólica. Tenta mostrar que se caminharmos para maneiras holísticas e integrativas de sociedade sustentada poderemos perder tudo o que conquistamos até aqui. O argumento da ameaça tem por objetivo mostrar que a ênfase no holismo e integração do desenvolvimento sustentado é um... Read more »
Holden, M. (2010) The Rhetoric of Sustainability: Perversity, Futility, Jeopardy?. Sustainability, 2(2), 645-659. DOI: 10.3390/su2020645
- April 22, 2010
- 06:30 PM
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Priorizando a educação de linguagem e de ciência
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
O editorial ultimo número da revista Science é dedicado ao tema “educação de ciência”, com ênfase do ensino de ciência na escola fundamental, aquisição da linguagem e capacidade de comunicação, de maneira a valorizar o ensino das ciências e a capacidade de expressão de forma conjunta. O editorial assinala que nos EUA esta é considerada uma proposta radical.Aparentemente o ensino de ciências nos EUA se baseia em decorar fatos sobre o mundo natural e, com sorte os alunos realizam um ou dois experimentos. No caso de aulas de linguagem, os alunos lêem basicamente textos de ficção e redigem textos sobre suas leituras de maneira bastante “fossilizada”.O número da revista Science indica que o ensino conjunto de ciência e língua promove um estímulo no aprendizado de ambos. Além disso, desenvolve o espírito crítico e a capacidade de formular questionamentos por parte do aluno. É importante que o aluno possa diferenciar textos informacionais (factuais) e ficcionais (narrativas), pois, em geral, texto científicos são do primeiro tipo. Sendo assim, é importante que os alunos possam conhecer este formato e apreciar sua leitura, para que possam ter um melhor preparo para ler e elaborar textos dessa natureza, que farão parte da futura vida profissional de muitos.Re-pensar o ensino de ciências em salas de aula em conjunto com o aprendizado de comunicação e expressão deve muito provavelmente levar a um incremento do aprendizado de ciências para até 4 horas por semana. Em geral, na escola os estudantes dos EUA têm contato com ciências menos do que 1 hora por semana.Uma segunda vantagem aparente de um sistema de tal natureza é que se poderia supor que favoreceria o desabrochar de capacidades individuais dos estudantes. Afinal a motivação e o interesse do estudante determinam, em boa medida, o bom desempenho dos mesmos nas disciplinas que cursam e na sua formação em geral. Adotando uma educação conjunta de ciência e linguagem/comunicação pode ser um desafio para os estudantes melhorarem suas capacidades de leitura e análise, de maneira a aumentar sua auto-confiança e conhecimento. Ou de melhorar sua capacidade de realizar manipulações experimentais em aulas de ciências. Penalizar alunos que não apresentam um bom desempenho em tais atividades pode ser extremamente danoso para seu futuro aprendizado e, consequentemente, para sua formação profissional. É melhor saber estimular em tais atividades.O editorial pergunta quantos estudantes estão sendo mal aproveitados em escolas nas quais os professores avaliam a capacidade dos alunos em memorizar palavras científicas obscuras, e lendo somente estórias de ficção? Em vez disso, deve-se pensar em um ensino de ciências de qualidade, em conjunto com um ensino de linguagem e comunicação, através de um processo crítico e colaborativo.Tais considerações parecem óbvias. Mas quão distantes também estão da nossa realidade brasileira, pergunto aos leitores? Os artigos deste número da Science sobre este assunto são indicados a seguir.Alberts, B. (2010). Prioritizing Science Education Science, 328 (5977), 405-405 DOI: 10.1126/science.1190788Taylor, J., Roehrig, A., Hensler, B., Connor, C., & Schatschneider, C. (2010). Teacher Quality Moderates the Genetic Effects on Early Reading Science, 328 (5977), 512-514 DOI: 10.1126/science.1186149Osborne, J. (2010). Arguing to Learn in Science: The Role of Collaborative, Critical Discourse Science, 328 (5977), 463-466 DOI: 10.1126/science.1183944Pearson, P., Moje, E., & Greenleaf, C. (2010). Literacy and Science: Each in the Service of the Other Science, 328 (5977), 459-463 DOI: 10.1126/science.1182595Krajcik, J., & Sutherland, L. (2010). Supporting Students in Developing Literacy in Science Science, 328 (5977), 456-459 DOI: 10.1126/science.1182593van den Broek, P. (2010). Using Texts in Science Education: Cognitive Processes and Knowledge Representation ... Read more »
Alberts, B. (2010) Prioritizing Science Education. Science, 328(5977), 405-405. DOI: 10.1126/science.1190788
Taylor, J., Roehrig, A., Hensler, B., Connor, C., & Schatschneider, C. (2010) Teacher Quality Moderates the Genetic Effects on Early Reading. Science, 328(5977), 512-514. DOI: 10.1126/science.1186149
Osborne, J. (2010) Arguing to Learn in Science: The Role of Collaborative, Critical Discourse. Science, 328(5977), 463-466. DOI: 10.1126/science.1183944
Pearson, P., Moje, E., & Greenleaf, C. (2010) Literacy and Science: Each in the Service of the Other. Science, 328(5977), 459-463. DOI: 10.1126/science.1182595
Krajcik, J., & Sutherland, L. (2010) Supporting Students in Developing Literacy in Science. Science, 328(5977), 456-459. DOI: 10.1126/science.1182593
van den Broek, P. (2010) Using Texts in Science Education: Cognitive Processes and Knowledge Representation. Science, 328(5977), 453-456. DOI: 10.1126/science.1182594
Snow, C. (2010) Academic Language and the Challenge of Reading for Learning About Science. Science, 328(5977), 450-452. DOI: 10.1126/science.1182597
Webb, P. (2010) Science Education and Literacy: Imperatives for the Developed and Developing World. Science, 328(5977), 448-450. DOI: 10.1126/science.1182596
Hines, P., Wible, B., & McCartney, M. (2010) Learning to Read, Reading to Learn. Science, 328(5977), 447-447. DOI: 10.1126/science.328.5977.447
Schleicher, A. (2010) Assessing Literacy Across a Changing World. Science, 328(5977), 433-434. DOI: 10.1126/science.1183092
- January 25, 2010
- 04:59 PM
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Com ornitorrincos machos não se brinca
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Esta postagem é quase para "iniciados" em química.Ornitorrinco é um bicho muito esquisito. É um mamífero semi-aquático, que vive apenas na Oceania (Austrália e Tasmânia). O verbete da Wikipédia sobre este animal está bastante completo, e diz queO macho tem esporões nos tornozelos, que produzem um coquetel venenoso, composto principalmente por proteínas do tipo defensinas, que são únicas do ornitorrinco. Embora poderoso o suficiente para matar pequenos animais, o veneno não é letal para os humanos, mas pode causar uma dor martirizante e levar à incapacidade. Como somente os machos produzem veneno e a produção aumenta durante o período de acasalamento, é teorizado que ele seja usado como arma defensiva para afirmar dominância durante esse período.O que não é dito pela Wikipédia é que o venoma do ornitorrinco é constituído não somente de peptídeos do tipo defensinas, mas também de vários outros tipos de peptídeos (detalhe: peptídios são pequenas proteínas). O curioso é que os genes que regulam a síntese destes peptídeos são muito similares a genes responsáveis pela regulação da síntese de peptídios análogos em répteis.Recentemente o grupo de Daisuke Uemura, um dos grandes feras da química de produtos naturais, descobriu mais onze peptídeos do venoma do ornitorrinco. Estas substâncias regulam o fluxo de cálcio em células de neuroblastoma humano. O peptídeo 1, com apenas 7 aminoácidos, foi isolado como sendo o componente majoritário do venoma (concentração no venoma: 200 ng/uL). As estruturas deste e dos 10 outros peptídios foram estabelecidas por análises de espectrometria de massas do tipo MALDI-TOF/TOF (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Timeof-Flight/Time-of-Flight; Ionização por dessorpção a laser assistida por matriz-tempo-de-vôo/tempo-de-vôo), e mostraram ser coincidentes com fragmentos de um peptídeo precursor (denominado OvCNP), cuja estrutura foi predita a partir da análise do genoma do ornitorrinco.Detalhe: o peptídio 1 é bastante polar, pois apresenta um aminoácido do tipo arginina (o primeiro, de cima para baixo), além de duas histidinas (o quinto e o sétimo aminoácidos na cadeia). Além disso, deve apresentar alguma rigidez conformacional devido à presença das duas prolinas.O grupo de Uemura não é fraco: todos os peptídeos isolados do ornitorrinco foram sintetizados para terem suas estruturas confirmadas. Os peptídios do tipo CNP são hormônios vasorrelaxantes, de ampla distribuição no endotélio, no miocárdio, nos tratos gastrintestinais e genitourinários de humanos. Embora os autores tenham testado o peptídio 1 em diversos modelos de testes farmacológicos, ainda não conseguiram desvendar seu mecanismo de ação.Isolar e manipular 200 ng de uma substância não é brincadeira. É ciência de primeira. Não se vê a amostra isolada. Apenas sabe-se que ela existe quando a mesma é analisada pelas técnicas de espectroscopia extremamente sofisticadas, hoje disponíveis.fonteReferênciaKita, M., Black, D., Ohno, O., Yamada, K., Kigoshi, H., & Uemura, D. (2009). Duck-Billed Platypus Venom Peptides Induce Ca Influx in Neuroblastoma Cells Journal of the American Chemical Society, 131 (50), 18038-18039 DOI: 10.1021/ja908148z Read the comments on this post...... Read more »
Kita, M., Black, D., Ohno, O., Yamada, K., Kigoshi, H., & Uemura, D. (2009) Duck-Billed Platypus Venom Peptides Induce Ca Influx in Neuroblastoma Cells . Journal of the American Chemical Society, 131(50), 18038-18039. DOI: 10.1021/ja908148z
- May 18, 2010
- 09:47 PM
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A ancestralidade única e comum de todos os seres vivos
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Um dos conceitos mais importantes da Teoria da Evolução (TE) é o da ancestralidade comum universal (do inglês “universal common ancestry”, UCA). Tal conceito foi originalmente proposto por Darwin n’A Origem das Espécies,“all the organic beings which have been lived on this earth have descended from some one primordial form”.Tal assertiva foi, no mínimo, muito ousada. Para não dizer absurdamente ousada. Mas Darwin teve 25 anos para pensar neste assunto – 5 anos a bordo do Beagle, e mais 20 para escrever seu principal livro. Foi um tempo de reflexão considerável.Apesar do conceito de UCA ter sido proposto há 150 anos, é amplamente aceito, e é uma das premissas mais importantes da TE. Além de ter sido corroborado inúmeras vezes, se fundamenta também por diversas constatações: (1) pela concordância entre filogenia e biogeografia; (2) bem como entre filogenia e os achados paleontológicos; (3) pelos achados de inúmeros fósseis que foram previstos que seriam encontrados; (4) pela classificação hierárquica de caracteres morfológicos; (5) pelas notáveis similaridades de estruturas biológicas que apresentam diferentes funções (homologias), e; (6) pela congruência constatada entre filogenia morfológica e filogenia molecular.O conceito de UCA é ainda aceito pelo fato da constituição bioquímica dos seres vivos ser, na sua essência, a mesma: os mesmos açúcares, os mesmos aminoácidos, vários lipídios comuns, bem como seus “polímeros” correspondentes: proteínas, RNA e DNA. A “base bioquímica” da vida é uma forte evidência que esta se desenvolveu a partir de uma ancestralidade comum que deu origem a todos os seres vivos.Muitas proteínas de organismos completamente diferentes apresentam alto grau de similaridade, a assim chamada homologia protéica (Osvaldo A. S. Filho e Ricardo B. Alencastro explicam o conceito em artigo publicado em português na revista Química Nova). Na homologia protéica, a similaridade na sequência de aminoácidos é verificada experimentalmente. Uma significativa similaridade na sequência de aminoácidos de proteínas de diferentes organismos vivos pode surgir não somente pela ancestralidade comum, mas também devido à convergência evolutiva associada aos processos de seleção natural, a restrições estruturais que acabam por influenciar a identidade da sequência de aminoácidos, bem como determinadas tendências nas mutações e até mesmo o acaso.Até mesmo céticos que duvidam da UCA têm que admitir que proteínas universalmente conservadas, presentes em quase todas as classes de seres vivos, apresentam sequências muito similares, homólogas (homologia no sentido se similaridade estrutural devido à fidelidade ao arquétipo a partir do qual tiveram origem). Levando-se em conta que é possível se quantificar o grau de similaridade, ou homologia, entre proteínas, também é possível, a partir de uma tal quantificação, verificar o grau de homologia entre proteínas considerando-se o conceito UCA ou uma ancestralidade múltipla.Esta foi a idéia de Douglas L. Theobald (Departamento de Bioquímica, Brandeis University).Utilizando a teoria de seleção de modelos (TSM, do inglês, model selection theory), Theobald testou o conceito UCA sem assumir que a similaridade de sequência de aminoácidos em proteínas indicava uma relação genealógica. A TSM provê métodos para identificar uma possível hipótese como sendo a que melhor explica determinados dados experimentais. Para tanto, deve-se levar em conta que, quando diferentes modelos científicos podem ser empregados para uma determinada análise, dois fatores opostos devem ser considerados: concordância com os dados experimentais e parcimônia. A concordância de um modelo de análise com dados experimentais pode ser arbitrariamente melhorado ao se aumentar o número de parâmetros a serem considerados. Porém, tal procedimento carrega um problema intrínseco, que é o de aumentar sobremaneira a complexidade da análise. Por isso a parcimônia: quanto mais simples a análise dos dados, melhor.Os métodos de seleção de modelos levam ambos fatores em consideração, e fornecem meios de balanceá-los estatisticamente, de maneira a encontrar uma hipótese que explique os dados ao mesmo tempo da maneira mais acurada e mais precisa. O uso de tais métodos permite a quantificação das evidências contra e a favor de modelos competidores (ou seja, que podem explicar o mesmo conjunto de dados, cada um de uma maneira diferente). Theobald aplicou três métodos de seleção de modelos para testar o conceito de UCA (LLR, log likelihood ratio; AIC, Akaike information criterion, e; LBF, log Bayes factor).Utilizando os três modelos, Theobald analisou se os três domínios da vida na Terra, Eukarya (os eucariontes, organismos vivos com organelas diferenciadas com membranas), Bacteria (bactérias em geral, que são procariontes, ou seja, não apresentam organelas celulares diferenciadas) e Archaea (micro-organismos diferentes das bactérias, pertencentes a um grupo totalmente distinto), para ver se estes são melhor descritos de maneira relacionada, com uma ancestralidade comum (UCA), ou se estes três domínios da vida surgiram de maneira independente e paralela.Theobald utilizou as seguintes premissas para sua análise:a) sequências de proteínas mudam com o passar do tempo, através da substituição de aminoácidos de maneira gradual, que pode ser descrita com uma matriz 20 x 20 (uma vez que nas proteínas são observados 20 aminoácidos essenciais) definida por certas frequências equilibradas de aminoácidos e uma matriz simétrica de trocas de aminoácidos;b) que novos genes geneticamente relacionados são gerados por duplicação durante a especiação em bifurcações ou duplicação de genes, e;c) que substituições de aminoácidos não estão relacionadas em linhagens de organismos diferentes nem em sítios protéicos específicos.Os testes de seleção de modelos avaliam como tais premissas explicam os dados experimentais obtidos quando se postula que vários sub-conjuntos de grupos taxonômicos e proteínas apresentam uma ancestralidade comum.O que é interessante é que o conceito UCA possibilita uma origem múltipla para a origem da vida. Assim, se a vida teve vários “inícios”, necessariamente devem ter ocorrido sérias restrições ao longo da história evolutiva para que somente os organismos vivos resultantes de um único grupo destas origens tenham sobrevivido. Os outros se extinguiram. Uma outra explicação seria que múltiplas populações, com origens separadas e independentes, adquiriram capacidade de compartilhar material genético de maneira convergente, e consequentemente se tornaram uma única espécie, antes de divergir novamente.Todos os modelos examinados por Theobald são compatíveis com origens múltiplas e independentes, de acordo com qualquer uma das duas hipóteses. Os testes foram aplicados para se discriminar entre uma ancestralidade múltipla e uma ancestralidade comum universal (UCA).Porém, não se analisou uma origem da vida única ou múltipla. Tampouco se considera a UCA como sendo de um único organismo, ou indivíduo. Na verdade, a ancestralidade comum universal se refere à de um grupo ancestral único. Ou a uma população de organismos com diferentes genótipos que viveram em diferentes lugares em tempos diferentes (segundo Doolittle, 2009).Theobald analisou dados de alinhamentos de aminoácidos de 23 proteínas universalmente conservadas [ou seja, conservadas em todos os grupos de organismos, pertencentes a 12 grupos taxonômicos (taxa) dos três domínios da vida]. Dentre as 23 proteínas analisadas, nove são consideradas como tendo sido transferidas horizontalmente nas primeiras etapas da evolução.Segundo Theobald, na primeira classe de modelos que foi utilizada (classe I) o autor considerou restrições em todas as proteínas universalmente conservadas em um mesmo grupo taxonômico que evoluiu em uma mesma ramificação evolutiva. Logo, tais modelos não possibilitam a transferência lateral de genes, tampouco fusões simbióticas (tal como a origem de cloroplastos a partir de cianobactérias, em células vegetais).Os resultados obtidos por Theobald indicam que a UCA é cerca de 1000 vezes mais provável do que a hipótese múltipla mais próxima, sendo a UCA mais acurada e mais parcimoniosa. Em comparação com a hipótese de ancestralidade múltipla, os dados experimentais concordam significativamente melhor com o conceito de UCA, o qual é também menos complexo.O modelo UCA é tão bom que nele pode ser incluído eventos de transferência lateral de genes (TLG). Tal hipótese foi testada incluindo-se modelos que permitem que cada proteína analisada tenha uma história evolutiva independente.A segunda classe de modelos (classe II), em que Theobald incluiu a TLG, é altamente reticulada, e apresenta redes filogenéticas com mecanismos de evolução muito complexos, nos quais tanto a TLG como eventos... Read more »
Theobald, D. (2010) A formal test of the theory of universal common ancestry. Nature, 465(7295), 219-222. DOI: 10.1038/nature09014
- February 6, 2010
- 12:45 PM
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Química, Física e Estética
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
A natureza humana traz no seu bojo a manifestação da beleza e a apreciação da beleza como uma de suas características únicas, associadas principalmente à intuição e aos sentimentos. A criação de obras de arte é conhecida de antes mesmo da escrita, o que nos faz considerar que o senso estético precede a linguagem. Assim, não é de se estranhar que várias culturas, ocidentais e orientais, desenvolveram várias formas de manifestação estética através da arte.A arte da confecção de peças de cerâmica é conhecida desde a antiguidade clássica, no caso da civilização ocidental, e mesmo de antes nas culturas orientais, para as quais já foram descobertas peças datadas de 16.000 anos. A cultura japonesa, em particular, traz consigo uma longa tradição na confecção de jarros, cumbucas, xícaras e bules de uma beleza única. São peças refinadas, utilizadas tanto no dia-a-dia como em ocasiões especiais e cerimônias. Os japoneses dominam como poucos a arte da confecção destas peças, que traz consigo nuances sofisticadas, reveladas em artigo de pesquisadores japoneses publicado na prestigiosa revista Accounts of Chemical Research. Fruto de 30 anos de investigações, a narrativa mostra os processos químicos e físicos associados à confecção artesanal de jarros da região de Bizen, província de Okayama, no Japão.A origem da técnica foi copiada de artesanato da península da Coréia, e expressa, na sua essência, dois conceitos básicos: wabi (imagem de riqueza e beleza na simplicidade e pobreza) e sabi (senso estético de solidão), criados pelo mestre Sen no Rikyu (1522-1591). O artesanato de Bizen é um dos mais populares do Japão, e tem como base o emprego de argila e calor. O artista deve dominar a utilização tanto de um como de outro, de maneira a criar peças cerâmicas com diferentes nuances de cores: vermelho, laranja, púrpura, amarelo e preto, sem a utilização de tintas. Uma das tonalidades mais apreciadas do artesanato de Bizen é o vermelho-alaranjado, chamada de hidasuki. Esta coloração foi descoberta acidentalmente quando do uso de palha de arroz na separação dos jarros quando estes são levados ao forno. A palha de arroz, inicialmente utilizada para separar os jarros e não deixá-los grudar uns nos outros, promove o surgimento da cor hidasuki na superfície da argila.Os artesãos que descobriram por acaso o hidasuki observaram que dois fatores influenciam na tonalidade da cor: a qualidade da argila e da palha de arroz utilizadas. A argila empregada na confecção destas peças deve necessariamente ser de plantações de arroz da região de Bizen – daí o nome – e apresenta na sua composição SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, MnO, K2O, Na2O e P2O5. A palha de arroz utilizada na confecção das porcelanas de Bizen é rico em potássio, o qual é reduzido a K2O na presença de cristobalita (SiO2) em forno. O surgimento da cor hidasuki se deve à presença de hematita na argila. A coloração das partículas de hematita muda de acordo com seu tamanho – pequenas partículas de coloração vermelha a partículas grandes, pretas. O aquecimento da hematita a temperaturas acima de 800 oC leva à agregação e crescimento dos cristais.Sem a palha de arroz a cerâmica de Bizen não adquire a coloração hidasuki. Como ilustrado na figura abaixo, os autores japoneses prepararam pastilhas de argilas de Bizen de diferentes maneiras. Na figura (a) é mostrada uma pastilha feita de argila de Bizen sem arroz, e contém quartzo, cristobalita e mulita [(Al,Fe)6Si2O13, com a razão Al/Fe de aproximadamente 9/1]. A pastilha (b) foi feita na presença de palha de arroz, porém foi rapidamente resfriada, levando à formação de uma superfície vitrificada. As pastilhas (c) e (d) foram preparadas com argila de Bizen e palha de arroz, mas resfriadas lentamente. Medidas por difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de transmissão de elétrons e difratometria de elétrons permitiram os autores japoneses verificar que o resfriamento lento das peças de cerâmica leva a um aumento da concentração de hematita cristalizada de diferentes formas.As análises indicaram que a argila preparada sem palha de arroz apresenta cristais de mulita na forma de agulhas [figura (a), a seguir]. Já a pastilha obtida por resfriamento rápido apresenta grandes cristais planos (b), que podem se tornar hexagonais na presença de Si, Ca, Mg e Na. Quando preparada com arroz e deixada a resfriar lentamente, as pastilhas formadas apresentam grandes cristais esféricos de corundum (óxido de alumínio, Al2O3) sobre os quais estão cristais escuros de hematita (c) e (d). Análises refinadas por microscopia de transmissão de elétrons destes cristais mostram cristais de corundum de aproximadamente 1,5 µm coberto de cristais de hematita de 0,5 µm [fotografia (a), depois do conjunto (a)-(d)] A fotografia (d) indica estruturas cristalinas marcadas C+H, com uma composição “sanduíche” alfa-Fe2O3/alfa-Al2O3/alfa-Fe2O3. Os autores indicam que o mecanismo de formação da coloração hidasuki é o seguinte: primeiro, uma reação dos componentes da argila de Bizen com o potássio presente na palha de arroz a 1250 °C resulta na formação de duas fases: uma líquida – SiO2 – e corundum, sólida (Al2O3). Durante o processo de resfriamento, os cristais de hematita crescem sobre os cristais de corundum. O problema é o oxigênio.O teor de oxigênio durante o processo de preparação da porcelana de Bizen também é crítico. Os pesquisadores japoneses prepararam diferentes pastilhas de argila a 1250 °C, sob diferentes atmosferas: (a) atmosfera de N2 (nitrogênio), livre de O2; (b) com uma atmosfera composta de 99% de N2 e 1% de O2; (c) 98% N2 e 2% O2; (d) 95% N2, 5% O2. Como é possível ver, a coloração das pastilhas muda bastante de acordo com a composição de gases utilizada na sua preparação.A presença de fósforo (na forma de P2O5) e carbono (das cinzas da palha de arroz) também influencia na coloração da cerâmica obtida. A presença de fósforo leva à formação de schreibersita (Fe3P). Já a presença de carbono leva à formação de grafite. Ambos participam na coloração final da peça de cerâmica preparada. As peças de cerâmica mais claras são ricas em uma forma de hematita denominada de epsilon-Fe2O3, que forma cristais perpendiculares à superfície de mulita onde estão aderidos (figuras a, b e c, a seguir). Esta forma de hematita, epsilon-Fe2O3, muda sua forma cristalina de acordo com a pressão parcial de oxigênio (O2) na atmosfera em que os cristais são formados, e é responsável pela coloração de tom alaranjado das peças de cerâmica.O trabalho dos autores japoneses traz à luz fatores químicos e físicos que determinam a composição de materiais argilosos utilizados na preparação de cerâmicas, material extremamente versátil utilizado para os mais diversos fins. Surpreendente é a tecnologia desenvolvida pelos artesãos japoneses durante séculos de maneira intuitiva e empírica. A principal motivação para a criação das peças de cerâmica de Bizen é estética – pura beleza.Referência... Read more »
Kusano, Y., Fukuhara, M., Takada, J., Doi, A., Ikeda, Y., & Takano, M. (2010) Science in the Art of the Master Bizen Potter. Accounts of Chemical Research, 2147483647. DOI: 10.1021/ar9001872
- April 24, 2010
- 09:32 AM
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Algas de sushis só são digeridas por japoneses
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Algas marinhas são plantas primitivas que diferem significativamente das plantas terrestres por vários motivos. Um deles é que todas (ou quase todas) as plantas terrestres apresentam lignina, um polímero tridimensional extremamente complexo, associada à celulose na parede das células vegetais. A lignina confere rigidez à parede celular das plantas terrestres, e forma boa parte da casca das árvores. Já as algas contém polissacarídeos complexos, em particular polissacarídeos sulfatados, que não estão presentes nas plantas superiores.Os polissacarídeos das algas marinhas são de enorme importância econômica. A carragenana (ou carragenina), por exemplo, entra na composição de vários alimentos, como sorvetes, cerveja, patês, leite de soja, alimentos para animais de estimação, além de estar presente também em pastas de dentes e shampoos. Estes polissacarídeos são degradados por algumas espécies de bactérias marinhas heterotróficas, que produzem CAZimas (Carbohydrate Active Enzymes, CAZymes, enzimas que degradam carboidratos).Algumas algas marinhas são atualmente muito consumidas em todo o mundo. Principalmente a alga nori (do gênero Porphyra), utilizada na preparação dos sushis. Outras algas marinhas que entram na alimentação dos japoneses são: a alga wakame (Undaria), que é utilizada principalmente na preparação de sopas; kombu (Laminaria japonica), uma alga bastante consistente, difícil de mastigar, que é utilizada na preparação de pratos como o feijão azuki, em sopas, ou seca como snack (salgadinho); e hiziki (Hijikia fusimorme), uma alga pequena, de sabor muito pronunciado, utilizada na preparação de saladas, ou de refogados com outros alimentos. Além dos japoneses em geral, as algas marinhas são muito utilizadas na dieta macrobiótica, introduzida no Brasil por Tomio Kikuchi há quase 50 anos. O consumo regular de algas na alimentação é extremamente benéfico para a saúde, já que elas contém uma enorme variedade de sais minerais, ausente na maioria dos alimentos de origem terrestre. Além disso, já foram isoladas substâncias químicas de algas que diminuem a pressão sanguínea. O consumo regular de algas é recomendado para melhorar a saúde da pele, do cabelo e das unhas.Porém, o problema do consumo de algas é a digestão dos polissacarídeos sulfatados, já que estes polissacarídeos apresentam estruturas complexas e muito estáveis, devido à presença de grupos sulfato. Zobellia galactanivorans é uma bactéria marinha associada à alga vermelha Delesseria sanguinea (Rhodophyceae) que degrada ágar (outro polissacarídeo de algas) e carragenanas. O genoma de Z. galactanovirans foi seqüenciado e apresentou genes que codificam a síntese de cinco proteínas (Zg1017, Zg2600, Zg3376, Zg3628 e Zg3640) que são “parentes distantes” de outras enzimas, que também degradam ágar (ß-agarases) e carragenanas (ß-carragenases). Estas cinco proteínas são enzimas que apresentam o mesmo sítio ativo (o lugar da proteína responsável pela ação catalítica que a enzima exerce) de enzimas da família hidrolase glicosídica GH16.De forma a caracterizar estas enzimas, pesquisadores da Université Pierre e Marie Curie (Paris, França) clonaram os genes extraídos de Z. galactanivorans em outra bactéria, Escherichia coli (o grande “curinga” da biologia molecular e da microbiologia). Após a clonagem e o crescimento de E. coli contendo os genes, os pesquisadores testaram a atividade hidrolítica de E. coli clonada em agarose e k-carragenana. Nada. Nenhuma atividade enzimática foi observada. Assim, extraíram outros polissacarídeos de outras algas, e utilizaram estes para testar as linhagens de E. coli clonadas. As linhagens de E. coli que produziram as enzimas Zg2600 e Zg1017 mostraram atividade hidrolítica sobre polissacarídeos de algas não-comerciais, e produziram o açúcar alfa-L-galactopiranose-6-sulfato. As enzimas Zg2600 e Zg1017 são, desta forma, as primeiras enzimas caracterizadas como ß-porphyranases (que degradam polissacarídeos de algas nori, Porphyra), e foram chamadas de PorA (Zg2600) e PorB (Zg1017).Os autores do estudo conseguiram cristalizar e analisar as estruturas cristalinas destas duas proteínas utilizando análise por difração de raios-X.Após caracterizar estas enzimas, os pesquisadores pesquisaram as estruturas destas ß-porphyranases em um banco de dados internacional de proteínas chamado GenBank. Observaram que as estruturas de PorA e PorB eram parecidas com estruturas de outras proteínas codificadas por genes presentes em bactérias marinhas, com uma exceção: a bactéria Bacteroides plebeius, originária do intestino humano. Apenas seis linhagens desta bactéria já foram isoladas, todas da microbiota (comunidade microbiana) de indivíduos japoneses. A bactéria B. plebeius contém um gene que codifica para a síntese da enzima ß-agarase, pertencente ao grupo das GH16. Porém, o genoma de 24 outras linhagens de Bacteroides diferentes não apresenta genes que codificam a síntese de ß-porphyranase ou de ß-agarase. Estes genes, que não codificam a síntese de enzimas do tipo GH16, foram caracterizados de Bacteroides isolados, na sua maioria, de indivíduos humanos ocidentais.Ainda mais: genes que codificam a formação das enzimas PorA e PorB não foram encontrados em nenhuma linhagem bacteriana de origem terrestre. Logo, os autores verificaram que a presença destes genes, e, consequentemente, destas enzimas, está limitada a bactérias associadas a algas da costa do Japão (pois também não foram encontradas em bactérias oceânicas).A próxima etapa foi analisar o metagenoma (genoma total) do intestino de 13 voluntários japoneses (me pergunto como isso foi feito... não está claro no artigo). Dentre estes, 7 apresentaram genes que codificam a síntese de porphyranases. Os autores também observaram a presença de tais genes em mãe e seu bebê já desmamado, fato que sugere a transmissão vertical (entre gerações) de Bacteroides plebeius. Por outro lado, a análise do metagenoma de 18 indivíduos norte americanos não indicou, em qualquer caso, a presença de genes que codificam a síntese de porphyranases ou agarases.Ou seja, bactérias que produzem enzimas que degradam polissacarídeos sulfatados são encontradas somente no intestino de japoneses, mas não de ocidentais. Levando-se em conta que tais enzimas estão ausentes no meio terrestre, presume-se que a aquisição de bactérias que digerem polissacarídeos de algas é relativamente recente dentre os humanos. Considerando-se que as algas marinhas já eram utilizadas como forma de pagamento de impostos no século XVIII, estas realmente devem ter sido utilizadas desde muito tempo no Japão para que ocorresse a aquisição de Bacteroides plebeius pelos japoneses. Além disso, a alga nori é a única fonte possível de polissacarídeos digeridos por estas enzimas. Ou seja, provavelmente estas bactérias devem ter sido adquiridas pelos japoneses através do consumo desta alga.Então, você, ocidental, que gosta de comer sushi e outros pratos à base de algas, fique sabendo: você NÃO digere os polissacarídeos destas algas.Hehemann, J., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010). Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota Nature, 464 (7290), 908-912 DOI: 10.1038/nature08937 Read the comments on this post...... Read more »
Hehemann, J., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010) Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota. Nature, 464(7290), 908-912. DOI: 10.1038/nature08937
- January 23, 2010
- 08:56 PM
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Antibióticos e seleção natural
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Os antibióticos são substâncias químicas que inibem o desenvolvimento de microrganismos (bactérias e fungos). Muitos antibióticos são naturais – ou seja, são produzidos naturalmente, por diversos organismos vivos: plantas, animais e microrganismos. Vários antibióticos são produtos do metabolismo secundário de organismos vivos. O metabolismo secundário é constituído por vias metabólicas que são particulares a indivíduos de uma determinada espécie, ou gênero. Sendo assim, organismos “parentes” costumam produzir substâncias parecidas. Estas substâncias podem exercer as mais variadas funções, dentre as quais de inibir o desenvolvimento de microrganismos.Os antibióticos naturais são alguns dos mais importantes antibióticos utilizados para o tratamento de infecções bacterianas ou fúngicas. Alguns exemplos de antibióticos naturais são as penicilinas (de fungos do gênero Penicillium), os aminoglicosídios como a estreptomicina (produzidos por bactérias do gênero Streptomyces) e os antibióticos poliaromáticos como as antraciclinas e tetraciclinas (produzidos principalmente por fungos e também por bactérias). Vários antibióticos são importantes não somente para tratar doenças humanas, mas também (e infelizmente) para a criação de gado, aves e porcos para o consumo humano.Mais da metade de todos os antibióticos conhecidos são produzidos por bactérias do solo, e estas substâncias exercem funções extremamente importantes na manutenção da população de microrganismos. Associados à presença de antibióticos, muitos microrganismos desenvolveram resistência a estas substâncias, de maneira a poderem sobreviver na presença destas. Ou seja, no ambiente existem tanto microrganismos sensíveis como resistentes a antibióticos.O surgimento de rotas metabólicas que levaram à formação de determinados antibióticos é fruto de pressões seletivas ao longo da evolução. Além disso, a persistência de uma rota metabólica em um determinado microrganismo deve ser decorrente de seus produtos conferirem algum tipo de vantagem adaptativa. No entanto, sabe-se que muitos antibióticos não são persistentes no ambiente – sofrem mudanças, em decorrência de estarem expostos a fatores como variação de pH, irradiação UV e até mesmo degradação por outros microrganismos.Estudos recentes demonstraram que a tetraciclina (Tet) sofre mudanças estruturais no ambiente, e que os produtos de transformação da tetraciclina são mais estáveis (mais persistentes) no ambiente. Tais transformações são extremamente importantes, pois vários microrganismos são resistentes à tetraciclina, mas não são resistentes à seus produtos de transformação: a epitetraciclina (ETC), a anidrotetraciclina (ATC) e a epianidrotetraciclina (EATC).Observou-se que os produtos de degradação da tetraciclina regulam os níveis populacionais de bactérias resistentes à tetraciclina. Enquanto a tetraciclina atua selecionando bactérias que adquirem resistência à própria tetraciclina, os produtos de transformação ETC, ATC e EATC atuam selecionando bactérias para se tornarem sensíveis à tetraciclina. O acúmulo de ETC, ATC e EATC também favorece o desaparecimento de linhagens bacterianas resistentes. E mais: enquanto que a seleção inicial em favor da resistência é de curta duração, a seleção subseqüente em favor de linhagens sensíveis é de longa duração.Outro fator que influencia o surgimento e permanência de linhagens resistentes ou sensíveis a antibióticos no ambiente é a concentração dos antibióticos ali presentes. A diluição de tetraciclina e de seus produtos afeta diretamente o surgimento de resistência à tetraciclina. Em ambientes com forte ação humana, o desaparecimento da tetraciclina é devido à diluição muito mais do que à sua transformação em ETC, ATC ou EATC. Não há tempo para que a tetraciclina, que induz o surgimento de espécies resistentes, seja transformada nos seus produtos, que induzem o surgimento de espécies sensíveis. Sendo assim, nestes ambientes (de forte ação humana) existe uma maior propensão para que existam maiores concentrações de bactérias resistentes à tetraciclina.Também se observou que a somatória das ações antibacterianas entre tetraciclina, ATC e EATC é aditiva. Prevalece a ação daquela(s) substância(s) que se encontra(m) em maior concentração.A pesquisa realizada indica que, no ambiente natural, a ação de antibióticos é extremamente complexa. Os antibióticos originalmente produzidos por microrganismos sofrem vários processos de mudanças, em diferentes taxas de transformação, originando misturas complexas que exercem diferentes padrões de ação antibiótica. Um determinado antibiótico produzido por um determinado microrganismo resulta de um longo processo de seleção natural para sua biossíntese. Porém a persistência da rota de produção deste antibiótico será também função dos produtos de degradação do mesmo, que também conferem vantagens adaptativas ao microrganismo que produz o antibiótico original.No caso da tetraciclina, um de seus produtos de transformação, a ATC, é também um dos precursores para formar a própria tetraciclina!Verifica-se, assim, que a ocorrência de linhagens microbianas que produzem antibióticos é muito mais favorecida no ambiente natural do que quando isolada em laboratório. Em laboratório não existe competição entre linhagens de bactérias e fungos (pois estão todas isoladas e puras), o pH do meio e a luminosidade são cuidadosamente controlados. Logo, nestas condições os microrganismos não são estimulados a produzirem antibióticos.O estudo realizado se revela extremamente importante não só para melhor se entender os processos de seleção natural de microrganismos, mas também os fatores que regulam a produção de antibióticos, hoje essenciais para a sociedade.ReferênciaPalmer, A., Angelino, E., & Kishony, R. (2010). Chemical decay of an antibiotic inverts selection for resistance Nature Chemical Biology, 6 (2), 105-107 DOI: 10.1038/nchembio.289 Read the comments on this post...... Read more »
Palmer, A., Angelino, E., & Kishony, R. (2010) Chemical decay of an antibiotic inverts selection for resistance. Nature Chemical Biology, 6(2), 105-107. DOI: 10.1038/nchembio.289
- June 3, 2010
- 03:32 PM
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Medite - II
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
De acordo com estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Manchester (Reino Unido), pessoas que praticam meditação são menos propensas a sentir dor. O estudo recrutou pessoas com diferentes graus de experiência de meditação, de meses a anos. Somente aqueles praticantes de longa data apresentam a capacidade de sentir menos dor.Embora o tipo de meditação praticado seja variado, todos os praticantes adotam meditação “com atenção”, ou seja, focada em um tipo de pensamento, som ou imagem. Tal prática constitui a base da Terapia Cognitiva baseada em Atenção, recomendada para o tratamento de depressão pelo Instituto Nacional de Saúde e Excelência Clínica (National Institute for Health and Clinical Excellence, NICE, do Reino Unido).O estudo realizado demonstrou que determinadas regiões cerebrais se tornam menos ativas quando os praticantes de meditação antecipam algum tipo de injúria ou sensação dolorosa. No caso do estudo em questão, a dor foi induzida por um feixe de laser. Praticantes de meditação com mais de 30 anos de prática demonstraram apresentar menos dor, e também um tipo de atividade cerebral pouco comum no córtex pré-frontal, uma região do cérebro envolvida no controle da atenção e nos processos de raciocínio quando o indivíduo se encontra sob uma ameaça. O estudo demonstrou que a prática de meditação afeta diretamente o cérebro, fazendo com que a mente se torne mais focalizada no presente e menos tempo antecipando eventos futuros negativos.Todavia, os mecanismos através dos quais tais processos são manifestos, e como o cérebro dos praticantes de meditação desenvolvem tais características, ainda não são conhecidos. A pesquisa sobre a importância da meditação e a diminuição da sensação dolorosa é muito importante, pois 40% das pessoas que sofrem de dores crônicas não conseguem conviver com suas dores. Os gastos com tratamento de artrites e outros processos inflamatórios dolorosos chega a 5,7 bilhões de libras esterlinas/ano no Reino Unido.Brown, C., & Jones, A. (2010). Meditation experience predicts less negative appraisal of pain: Electrophysiological evidence for the involvement of anticipatory neural responses Pain DOI: 10.1016/j.pain.2010.04.017 Read the comments on this post...... Read more »
Brown, C., & Jones, A. (2010) Meditation experience predicts less negative appraisal of pain: Electrophysiological evidence for the involvement of anticipatory neural responses. Pain. DOI: 10.1016/j.pain.2010.04.017
- June 7, 2010
- 10:05 PM
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Antibióticos em falta
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Antibióticos são absolutamente necessários, uma vez que infecções por bactérias são comuns em muitas situações. Ferimentos, má higiene, e até mesmo em operações hospitalares, para não falar em clínicas clandestinas (nas quais já ocorreram várias mortes). Mesmo assim, atualmente o mundo está passando por uma crise de falta de antibióticos.A relação numérica entre humanos e bactérias é de 1 para 1 bilhão de trilhões, sendo que a taxa de reprodução das bactérias é de cerca de 500.000 vezes mais rápida que dos humanos. Ou seja, o mundo é literalmente dominado por bactérias, por mais desinteligente que tal design possa parecer. Além do mais, algumas bactérias são especialmente nocivas. A espécie Staphylococcus aureus resistente à meticilina, por exemplo (MRSA methicillin-resistant Staphylococcus aureus), é a responsável direta por 100.000 mortes/ano nos EUA. Outras espécies particularmente perniciosas por serem resistentes a muitos fármacos são Pseudomonas, Acinetobacter, Klebsiella. O tratamento de infecções causadas por estas bactérias patogênicas é bastante limitado, pois apenas um número pequeno de antibióticos é efetivo para eliminá-las.Como a descoberta de novos antibióticos têm sido cada vez mais difícil, médicos estão fazendo uso cada vez mais freqüente de antibióticos de segunda e terceira linha, que são mais custosos, menos efetivos e mais tóxicos. Para se ter uma idéia, o tratamento de uma infecção causada por uma bactéria resistente custa o dobro do tratamento de uma infecção comum, e o risco de morte por tal infecção é duas vezes maior. Além disso, a disseminação de bactérias resistentes em ambientes hospitalares é muito mais fácil se medidas de higiene extremamente eficazes não são tomadas, como desinfecção de mãos e pés, além dos sistemas de ventilação, e até mesmo de cateteres. Estima-se que 80% das infecções hospitalares poderiam ser prevenidas apenas por melhores medidas de assepsia.Mesmo adotando-se as melhores práticas hospitalares, as bactérias resistentes não irão desaparecer, pelo simples fato destas estarem presentes no ambiente há muitos milhões de anos. Bactérias e fungos estão em contínua competição entre si e com outros seres vivos, como insetos, plantas e outros animais, e por isso desenvolveram mecanismos de resistência muito eficazes para poder competir no ambiente natural. Para se ter uma idéia, um estudo realizado por pesquisadores da McMaster University demonstrou que um terço de 500 bactérias isoladas de solos são resistentes a 1/3 de todos os antibióticos aos quais foram expostas. Outros estudos demonstraram que a resistência de bactérias ao antibiótico eritromicina surgiu há aproximadamente 880 milhões de anos, e a resistência à penicilina (produzida por fungos) deve ter surgido há cerca de 2 bilhões de anos, sendo até mesmo anterior à diferenciação entre bactérias Gram-positivas e Gram-negativas.Algumas bactérias apresentam a capacidade de eliminar os antibióticos de sua célula antes mesmo destes fazerem efeito, uma capacidade chamada de “mecanismos de efluxo bacteriano”. As bactérias Gram-negativas apresentam paredes celulares que bloqueiam a entrada de antibióticos. Pseudomonas, por exemplo, apresenta as duas características, e pode ser extremamente perniciosa. Outras bactérias desenvolveram enzimas para neutralizar ou destruir antibióticos, como as penicilinas, chamadas de ß-lactamases.Outra característica única das bactérias é a sua capacidade de trocar genes com outras baterias, como nós trocamos figurinhas de álbuns da copa do mundo. Ao trocar genes as bactérias podem compartilhar genes de resistência a diferentes antibióticos. Desta maneira, a utilização abusiva e a má utilização de antibióticos, que é muito freqüente, faz com que as bactérias passem a adquirir resistência a cada vez um número maior de antibióticos. Consequentemente, a disponibilidade de antibióticos para o tratamento de infecções está cada vez mais restrita.Na verdade, a “era de ouro” de descoberta dos antibióticos foi entre 1945 e 1960, quando a grande maioria dos antibióticos que hoje são utilizados foi isolada de bactérias e fungos. Desde então, muito poucos novos antibióticos foram descobertos – a grande maioria resulta de variações dos antibióticos descobertos há mais de 50 anos. Para que se possam desenvolver novos antibióticos, mais eficazes, é necessário que se descubram classes novas destes fármacos, que atuem de maneira diferente dos antibióticos já conhecidos.Embora o seqüenciamento de genomas na década de 90 tenha causado grande excitação na indústria farmacêutica, nenhum novo antibiótico resultou das pesquisas genômicas. Entre 1995 e 2001 a indústria farmacêutica GlaxoSmithKline testou quase 500.000 de substâncias diferentes em 300 diferentes alvos terapêuticos bacterianos, sem um único sucesso. Como resultado, as indústrias farmacêuticas passaram a deixar de lado a pesquisa por novos antibióticos. Preferiram investir esforços na descoberta de fármacos mais fáceis de serem desenvolvidos, e bem mais rentáveis, como “remédios” para impotência e calvície.As causas das falhas de novos antibióticos foram muitas. Vários antibióticos apresentaram espectro de ação muito mais restrito do que o desejado para serem clinicamente válidos (e de interesse comercial também). Outros apresentaram altos níveis de toxicidade, além de não apresentarem propriedades adequadaas para serem utilizados como medicamentos (baixa solubilidade em plasma, baixa capacidade de atravessar membranas, baixa absorção, etc.). Além de descobrir novos antibióticos eficazes, o maior problema foi de introduzir um novo fármaco no mercado que pudesse ser utilizado por um tempo razoável. Como os agentes patogênicos podem adquirir resistência relativamente rápido, a eficácia dos antibióticos fica limitada a poucos anos. A combinação de todos estes fatores torna excessivamente alto o investimento na descoberta de novos antibióticos. Além das exigências de agências sanitárias, como o FDA (Food and Drug Adminsitration, dos EUA), serem muito rigorosas para a introdução de novos antibióticos no mercado.Desta maneira, os médicos estão passando a adotar novas formas de tratamento, principalmente baseadas na prevenção. Mesmo assim, existem situações em que antibióticos são imprescindíveis. Caso não se redobrem esforços para se descobrir novas classes de antibióticos, muito em breve estaremos em uma sinuca de bico.Shekhar, C. (2010). Bacteria: Drug Resistance Spreads, but Few New Drugs Emerge Chemistry & Biology, 17 (5), 413-414 DOI: 10.1016/j.chembiol.2010.05.006 Read the comments on this post...... Read more »
Shekhar, C. (2010) Bacteria: Drug Resistance Spreads, but Few New Drugs Emerge. Chemistry , 17(5), 413-414. DOI: 10.1016/j.chembiol.2010.05.006
- March 14, 2010
- 10:58 AM
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Biodiversidade marinha e terrestre
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
Neste ano, o internacional da biodiversidade, este assunto será cada vez mais recorrente, como assinalado recentemente em editorial da revista Science (Marton-Lefèvre, 2010). Sua importância não pode ser minimizada, uma vez que as metas estabelecidas durante a Convenção da Diversidade Biológica (2002) não foram cumpridas. Tal como o aquecimento global (fato ou mito? Ninguém sabe realmente), as metas da CBD não foram, nem de longe, atingidas. Segundo a International Union for Conservation of Nature, atualmente 47.677 espécies biológicas encontram-se em risco de extinção, das quais 17.291 são as mais diretamente ameaçadas e incluem 12% de pássaros, 21% de mamíferos, 30% de anfíbios, 27% de corais de recifes e 35% de coníferas e cicadáceas.Fato surpreendente é o relato recente que a biodiversidade marinha é muito menor do que a biodiversidade terrestre, quando se considera o número de espécies nos dois ambientes. O levantamento mostra que de cada 10 espécies biológicas, 9 situam-se em ambiente terrestre, segundo Richard Grosberg e Geerat Vermeij, da University of California em Davis. Os pesquisadores assinalam que tal distribuição é relativamente recente, uma vez que há 400 milhões de anos, no período Devoniano, a predominância era de espécies marinhas. Contudo, há cerca de 110 milhões de anos as plantas terrestres começaram a sofrer um intenso processo de especiação, e, em paralelo, seus respectivos agentes polinizadores, micro-organismos associados (os assim chamados micro-organismos endofíticos) e predadores herbívoros. Em conseqüência, o número de espécies biológicas terrestres sofreu um enorme incremento, deixando a biodiversidade marinha muito aquém em número de espécies.Mas tal observação não é nova. Já em 1994, Robert May da University of Oxford (Inglaterra) observou que 85% das espécies macroscópicas situam-se em terra firme, utilizando um levantamento feito com base no registro de espécies até então catalogadas. A disparidade do número de espécies entre ambiente terrestre e marinho é detectável até mesmo em áreas de alta densidade biológica, como em florestas tropicais X recifes de corais: no primeiro caso, pode-se chegar a 475 espécies vegetais e 25.000 espécies de insetos em um hectare de terra, mas em um hectare de recife de coral observa-se “apenas” 300 espécies de corais, 600 espécies de peixes e 200 espécies de algas.fonteVários fatores podem, aparentemente, ter influenciado esta diferença, como a muito maior densidade da água quando comparada com a do ar, fazendo com que larvas e sinalizadores químicos sejam transportados com muito mais dificuldade no meio marinho do que no terrestre. Além disso, o maior calor específico da água (quantidade de calor para aumentar de 1 grau Celsius a quantidade de 1 g de água. No caso, 1 caloria) pode tornar os organismos marinhos menos funcionais quando do aumento da temperatura da água, uma vez que a possibilidade de dispersar o excesso de calor torna-se muito mais difícil. Desta forma, o ambiente terrestre seria muito mais propício para os processos adaptativos que regem o processo de evolução através da seleção natural.Mas os fatores físicos são apenas algumas das justificativas que explicam o porquê da riqueza da biodiversidade terrestre ser tão maior do que a marinha. Com a “explosão” das plantas floríferas há cerca de 110 milhões de anos atrás, estas ocuparam praticamente todos os ambientes terrestres onde podiam se desenvolver. E, em paralelo, as espécies associadas a estas plantas, como de insetos, herbívoros e micro-organismos. Como a dispersão das espécies pelo ar é muito mais rápida e pode atingir longas distâncias, o surgimento de um número excepcional de espécies terrestres foi muito favorecido. Como a dispersão no meio marinho é muito mais difícil, as espécies marinhas tendem a viver de forma aglutinada, formando comunidades de alta densidade populacional – os recifes de corais. Nesta situação, as espécies que vivem intimamente associadas em recifes de corais se tornam particularmente vulneráveis a doenças, predação e fatores ambientais como aquecimento e ocorrência de desastres como maremotos e furacões. Tais fatos já foram extensivamente observados nos corais da região caribenha e das Bahamas, pois estão continuamente expostos a enormes furacões que movimentam as águas oceânicas de maneira extremamente agressiva, deixando um enorme rastro de destruição de corais e suas espécies associadas. São necessárias décadas para que tais recifes voltem a apresentar suas características originais. O mesmo vale para corais da Grande Barreira de Corais da Austrália, que sofrem particularmente com efeito de branqueamento dos corais (morte de zooxantelas e outras cianobactérias) em decorrência de mudanças na temperatura da água bem como nas taxas de dissolução de CO2 na água do mar.fonteOutro fator que pode ter contribuído para um aumento significativo na biodiversidade terrestre é o aumento significativo na vascularização das plantas superiores com o passar dos anos. Tal fator levou a um aumento importante na biomassa das plantas, e pode ter contribuído para a ocupação de nichos ecológicos ainda disponíveis.Porém, o quadro geral de distribuição de espécies terrestres e marinhas é um quadro aproximado. Isso porque ainda não se conhece praticamente nada sobre as espécies biológicas que habitam os oceanos profundos. Descobertas recentes indicam uma enorme diversidade de espécies únicas destes habitats inóspitos. Além disso, a importância em melhor se conhecer a distribuição das espécies na Terra se deve não somente para o conhecimento em geral. Muitas espécies apresentam características fisiológicas e anatômicas únicas, que possibilitam conhecer melhor o “sistema vivo” dos organismos, além de podermos esclarecer como a vida surgiu e evoluiu no nosso planeta.Marton-Lefevre, J. (2010). Biodiversity Is Our Life Science, 327 (5970), 1179-1179 DOI: 10.1126/science.1188424Pennisi, E. (2010). On Rarity and Richness Science, 327 (5971), 1318-1319 DOI: 10.1126/science.327.5971.1318... Read more »
Marton-Lefevre, J. (2010) Biodiversity Is Our Life. Science, 327(5970), 1179-1179. DOI: 10.1126/science.1188424
Pennisi, E. (2010) On Rarity and Richness. Science, 327(5971), 1318-1319. DOI: 10.1126/science.327.5971.1318
MAY, R. (1988) How Many Species Are There on Earth?. Science, 241(4872), 1441-1449. DOI: 10.1126/science.241.4872.1441
Hassell, M., Comins, H., & May, R. (1994) Species coexistence and self-organizing spatial dynamics. Nature, 370(6487), 290-292. DOI: 10.1038/370290a0
- June 12, 2010
- 03:28 PM
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Ruminantes, plantas e efeito estufa
by Roberto Berlinck in Quimica Viva
O metano (CH4) é um dos gases que causam efeito estufa na atmosfera terrestre, e é produzido pela fermentação entérica anaeróbica de alimentos de vários animais, principalmente os ruminantes (dentre os quais o gado bovino, as cabras, ovelhas e cavalos). O problema é que o gás metano apresenta um “efeito estufa potencial” 21 vezes maior do que o dióxido de carbono (CO2). Além disso, estima-se que a população mundial de ruminantes é responsável pela produção de 15% de todo o gás metano da atmosfera. Finalmente, o metano produzido pelos ruminantes representa cerca de 2 a 15% de perda de energética dos alimentos destes animais.O metano produzido por ruminantes é reconhecidamente um problema ambiental.Consequentemente, o investimento em pesquisa para se minimizar a produção de metano por ruminantes têm sido significativo. Foram desenvolvidos vários aditivos químicos para serem incorporados ao alimento do gado para se diminuir a produção de metano. Porém, vários destes aditivos apresentam certo grau de toxicidade, e atuam apenas de maneira parcial; muitos não são completamente degradados no trato digestivo destes animais, e podem gerar resíduos químicos indesejáveis; finalmente, alguns destes aditivos são antibióticos para reduzir a flora de bactérias que produzem metano (bactérias metanogênicas), e estas bactérias podem adquirir resistência a estes antibióticos. Ou seja, tais aditivos químicos estão longe de ser a solução ideal para a redução da emissão de gases metano por ruminantes.Uma alternativa é o uso de plantas que apresentam substâncias químicas que inibem bactérias metanogênicas, ou ainda a produção de metano por estas bactérias. Estas plantas apresentam substâncias químicas conhecidas como produtos do metabolismo secundário (produtos naturais), que interagem com os micro-organismos da flora dos ruminantes e podem contribuir significativamente para a redução da produção de metano.SaponinasSaponinas são derivados de triterpenos glicosilados. Triterpenos são substâncias com 30 átomos de carbono, ou menos (porque alguns átomos de carbono são eliminados nos caminhos bioquímicos que levam à formação dos “triterpenos degradados”). Por exemplo, os esteróis e esteróides se originam de uma cadeia de 30 átomos de carbono, a qual pode ser diminuída a até 25, dependendo de como estas substâncias são formadas. As saponinas são triterpenos ou esteróis modificados, ligados a uma ou mais de uma molécula de açúcares (existem 8 açúcares naturais com seis átomos de carbono, as hexoses). O nome “saponina” se origina do fato que muitas destas substâncias atuam como detergentes, até mesmo produzindo espuma em meio aquoso. As saponinas têm ampla distribuição no reino vegetal.Observou-se que grandes concentrações de saponinas causam efeito direto sobre as bactérias metanogênicas, fazendo com que estas diminuam a produção de metano. Algumas saponinas diminuem a atividade de genes reguladores da produção de metano, ou a taxa de produção de metano em células metanogênicas. Alguns protozoários presentes no trato digestivo de ruminantes também podem produzir metano, e algumas saponinas apresentam ação anti-parasítica contra estes protozoários, ligando-se às suas membranas celulares.A sarsaponina, presente no amido da batata, é a saponina mais efetiva como redutora da metanogênese.O mais interessante é que a presença de saponinas em plantas adicionadas ao alimento dos ruminantes não diminui a palatabilidade dos alimentos, ou a sua assimilação. Ou seja, a utilização de plantas com saponinas não diminui a qualidade nutricional dos alimentos oferecidos para ruminantes. Na verdade, em alguns casos a presença de saponinas nos alimentos dos ruminantes parece estimular o apetite destes animais. A eventual perda de “digestibilidade” devido à presença de saponinas é que estas podem apresentar atividade anti-bacteriana ou anti-fúngica contra micro-organismos celulolíticos presentes no trato digestivo dos ruminantes. Estes micro-organismos têm enzimas que degradam a celulose presente nos vegetais dos quais os animais se alimentam. Este é o único impedimento observado no caso de se utilizar plantas com saponinas como aditivo aos alimentos de ruminantes.TaninosTaninos são polímeros polifenólicos hidrossolúveis (solúveis em água), alguns de alto peso molecular, que podem se agregar com proteínas. Os taninos estão presentes em muitas plantas utilizadas na alimentação de ruminantes, como gramíneas, legumes, frutas, cereais e grãos.Não se tem informações precisas sobre os efeitos de taninos sobre bactérias metanogênicas. A ação anti-metanogênica dos taninos pode estar relacionada à inativação de proteínas funcionais (enzimas). Além disso, a ação dos taninos depende do tipo de tanino presente na planta incluída na dieta dos ruminantes, bem como da quantidade em que estão presentes nestas plantas. Provavelmente sua ação também inclui a inibição do crescimento de bactérias metanogênicas, bem como uma possível ação bactericida.Vários tipos de plantas utilizadas na alimentação de ruminantes apresentam taninos que promovem a diminuição da produção de metano pelas bactérias metanogênicas. Também alguns frutos utilizados para o mesmo fim podem reduzir a produção de metano. O problema é que várias bactérias desenvolvem a capacidade de metabolizar taninos, e estes perdem sua eficácia após algum tempo de uso na ração de ruminantes. Bactérias metanogênicas outras do que aquelas encontradas nos animais mostraram ser suscetíveis a taninos até por 2 meses, no máximo.Outro problema associado à inclusão de plantas com taninos na dieta de ruminantes é que os taninos afetam a palatabilidade do alimento, bem como da digestibilidade do alimento. Taninos podem ser incluídos em até no máximo 5% do total dos aditivos adicionados à dieta dos animais. A ação antibiótica dos taninos pode comprometer a flora digestiva dos ruminantes, prejudicando sua capacidade de digestão. Logo, o uso de taninos para reduzir a metanogênese apresenta eficácia limitada.Óleos essenciaisOs óleos essenciais vegetais constituem a parte volátil da composição das plantas. São substâncias químicas de baixo peso molecular, frequentemente utilizadas como aromatizantes e flavorizantes (para melhorar o aroma e o sabor de alimentos). Os dois principais grupos de constituintes dos óleos essenciais são os terpenos e os derivados fenilpropanoídicos. Dentre os primeiros se incluem os monoterpenos (com 10 átomos de carbono) e os sesquiterpenos (com 15 átomos de carbono). Já os derivados fenilpropanoídicos são formados por 9 átomos de carbono.Os terpenos são extremamente diversificados, e estão presentes em todas as plantas. Já os derivados fenilpropanoídicos são menos abundantes e menos diversificados do que os terpenos, mas algumas plantas (como o cravo e a canela) apresentam derivados fenilpropanoídicos em grandes quantidades. Os óleos essenciais podem ser obtidos de diferentes partes das plantas – flores, pétalas, folhas, frutos, raízes e casca de árvores.Observou-se que os óleos essenciais aumentam a diversidade de algumas bactérias metanogênicas (bactérias do tipo Archea). Porém, no caso das bactérias metanogênicas comuns, o efeito dos óleos essenciais é de diminuir a produção de metano. Um dos primeiros estudos realizados com óleos essenciais para a diminuição da metanogênese bacteriana foi realizado com o limoneno, há mais de 50 anos atrás. O limoneno (presente em frutas do gênero Citrus, como limões, laranjas e outras) inibe a formação de metano de bactérias de ruminantes. Alguns dos óleos essenciais mais efetivos para inibir a metanogênese são os óleos de canela, de eucalipto, e de bagas de zimbro (um tipo de tempero). O timol, presente nos óleos do tomilho e de orégano, é um forte inibidor da metanogênese, bem como o eugenol, presente no óleo de cravo. O cinamaldeído, do óleo de canela, inibe a produção de metano em até 94% quando adicionado em quantidades muito pequenas ao alimento dos ruminantes.As grandes vantagens em se utilizar óleos essenciais na alimentação de ruminantes são que estes óleos não comprometem a digestibilidade dos alimentos e não comprometem nem a saúde dos animais nem sua fauna microbiana digestiva.Substâncias organo-sulfuradasSubstâncias orgânicas que contém átomos de enxofre são chamadas de organo-sulfuradas. São, em geral, substâncias bem fedidas, e algumas são lacrimogênios (provocam o surgimento de lágrimas nos olhos).As duas principais fontes vegetais de substâncias organo-sulfuradas são: a) plantas da família Alliaceae, como o alho (Allium sativum), a cebola (Allium cepa) e o alho-poró (Allium porrum); b) plantas da família Cruciferae (ou Brassicacae), como a raiz forte (Wasabia japonica), utilizada no consumo de sushis e sashimis, a couve-flor e o brócolis (que são variedades da mesma espécie, Brassica oleracea) e a most... Read more »
Patra, A., & Saxena, J. (2010) A new perspective on the use of plant secondary metabolites to inhibit methanogenesis in the rumen. Phytochemistry. DOI: 10.1016/j.phytochem.2010.05.010
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