8 avanços da saúde que partiram da ciência básica

Uma bactéria que vive em águas quase ferventes forneceu a enzima que tornou possível a técnica PCR, usada em exames diagnósticos. Uma tentativa frustrada de intensificar a cor roxa de petúnias revelou um mecanismo hoje utilizado para silenciar genes. No Brasil, estudos sobre o veneno da jararaca deram a pista para o desenvolvimento do captopril, usado no controle da hipertensão. Nenhuma dessas pesquisas, porém, começou com foco em exame, terapia genética ou medicamento —começou na ciência básica.

“A ciência básica pergunta como aquilo funciona. Já a ciência aplicada parte do pressuposto de que existe um problema que precisa do conhecimento científico para ser resolvido”, explica o biomédico e divulgador científico Lucas Zanandrez, fundador do canal “Olá, Ciência!”. “A diferença não está no método, nem uma é melhor do que a outra. Está na pergunta feita.”

As duas modalidades se cruzam. Uma pesquisa voltada a desenvolver um medicamento pode revelar aspectos básicos de uma doença, enquanto uma descoberta feita por curiosidade pode ser retomada para responder a uma questão clínica. Nesse percurso, diferentes grupos e áreas produzem conhecimentos que depois se combinam em uma tecnologia. “Isso pode ser imediato ou acontecer daqui a décadas. A imprevisibilidade faz parte da evolução científica”, afirma o biólogo Welbert de Oliveira Pereira, coordenador do curso de graduação em Engenharia Biomédica do Ensino Einstein.

Projetos de ciência básica dependem de financiamento contínuo, mas, como não oferecem prazo nem garantia de aplicação, costumam atrair menos recursos privados do que pesquisas próximas de gerar produtos e patentes. É por isso que universidades e agências públicas sustentam boa parte desse tipo de investigação enquanto ainda não existe uma finalidade comercial definida.

É como um estoque de peças. “Você não sabe qual vai servir, então a gente precisa ter um estoque para, quando der problema, ter o que usar para resolver”, compara Zanandrez. Ele cita como exemplos as vacinas contra a Covid-19, cujo desenvolvimento em tempo recorde se apoiou em décadas de estudos sobre coronavírus, RNA mensageiro, sistemas de entrega do RNA às células e resposta imunológica. Mas há diversos outros casos que não existiriam se não fosse a ciência básica. Conheça alguns deles:

1. De uma bactéria aos testes diagnósticos PCR

Na década de 1960, o microbiologista Thomas Brock e o então estudante Hudson Freeze investigavam se microrganismos conseguiam sobreviver nas fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, nos Estados Unidos. Em água próxima do ponto de ebulição, encontraram uma bactéria que crescia melhor a cerca de 70°C, batizada de Thermus aquaticus.

Anos depois, outros pesquisadores isolaram nessa bactéria a Taq polimerase, uma enzima capaz de produzir novas cópias de DNA mesmo em altas temperaturas. A propriedade se tornou fundamental para a reação em cadeia da polimerase, ou PCR, desenvolvida na década de 1980. A técnica alterna ciclos de aquecimento e resfriamento para produzir milhões de cópias de um fragmento de DNA. Sem uma enzima resistente ao calor, seria necessário acrescentar uma nova polimerase a cada ciclo.

Hoje, a PCR é usada para identificar microrganismos, diagnosticar doenças, analisar alterações genéticas e verificar a compatibilidade entre doadores e receptores de órgãos. “Para cada linha que puxamos nessa história, encontramos um conhecimento que alguém desenvolveu anos atrás, ainda sem muita aplicação, e que depois se transformou em algo mais concreto”, diz Pereira.

2. Petúnias ajudaram a criar medicamentos que silenciam genes

Em 1990, pesquisadores tentaram produzir petúnias de cor roxa mais intensa, acrescentando às plantas uma cópia do gene responsável pelo pigmento. O resultado contrariou a expectativa: em vez de ficarem mais escuras, algumas flores nasceram brancas.

A experiência indicava que o gene adicionado havia interrompido a ação do gene original, mas o mecanismo ainda era desconhecido. Nos anos seguintes, diferentes grupos investigaram o fenômeno até que, em 1998, os biólogos Andrew Fire e Craig Mello, dos EUA, demonstraram como pequenas moléculas de RNA podiam provocar a destruição de um RNA mensageiro específico.

Como o RNA mensageiro carrega a instrução para produzir uma proteína, destruí-lo permite reduzir ou impedir a produção daquela proteína. O mecanismo recebeu o nome de interferência por RNA, ou RNAi, e rendeu a Fire e Mello o Nobel de Fisiologia ou Medicina em 2006. A descoberta criou uma nova forma de estudar a função dos genes e, mais tarde, uma classe de medicamentos. Hoje, terapias baseadas em interferência por RNA são usadas contra doenças como amiloidose hereditária e hemofilia.

3. Veneno de jararaca como base para medicamento

Um dos principais exemplos brasileiros começou com o estudo dos efeitos do veneno da jararaca. Na década de 1940, o médico e pesquisador Maurício Rocha e Silva e seus colaboradores identificaram a bradicinina, substância que provoca dilatação dos vasos sanguíneos e queda da pressão.

Anos depois, o farmacologista Sérgio Henrique Ferreira encontrou no veneno peptídeos capazes de prolongar o efeito da bradicinina. Esses compostos bloqueiam a enzima conversora de angiotensina, ou ECA, que participa da regulação da pressão arterial.

O conhecimento chamou a atenção de pesquisadores da indústria farmacêutica. A partir dele, químicos desenvolveram o captopril, molécula sintética administrada por via oral que inibe a ECA e se tornou referência para uma classe de medicamentos contra a hipertensão.

4. Vacinas de RNA mensageiro décadas antes da Covid-19

O RNA mensageiro funciona como uma instrução temporária utilizada pelas células para produzir proteínas. A possibilidade de fabricar essa molécula em laboratório e entregá-la ao organismo interessava aos cientistas há décadas, mas havia dois obstáculos: o RNA se degrada com facilidade e, quando produzido artificialmente, pode desencadear uma resposta inflamatória intensa.

Em 2005, a bioquímica húngara Katalin Karikó e o imunologista americano Drew Weissman mostraram que modificações em componentes do RNA reduziam essa inflamação e permitiam que a molécula cumprisse melhor sua função. Essa descoberta somou-se a outra linha de pesquisa, voltada ao desenvolvimento de nanopartículas lipídicas capazes de proteger o RNA e transportá-lo até as células.

Quando o coronavírus Sars-CoV-2 surgiu, em 2019, boa parte da plataforma necessária já existia. Os cientistas precisaram definir a sequência genética que produziria uma proteína do vírus, aprimorar sua estabilidade e testar as vacinas em estudos clínicos. Esse conjunto permitiu que as primeiras vacinas de RNA mensageiro contra a Covid-19 fossem autorizadas no fim de 2020.

5. Sistema de defesa das bactérias virou ferramenta genética

Em 1987, pesquisadores japoneses identificaram sequências repetidas no DNA de bactérias, mas ainda não sabiam o que elas faziam. Anos depois, ao estudar microrganismos que viviam em ambientes com muito sal, o microbiologista espanhol Francisco Mojica encontrou estruturas semelhantes.

A comparação com outros organismos revelou que, entre as repetições, havia trechos do material genético de vírus. Os cientistas concluíram que bactérias e arqueias —outro grupo de microrganismos unicelulares— armazenavam partes do DNA dos invasores e usavam esse registro para reconhecê-los e cortar seu material genético em futuras infecções.

Em 2012, a microbiologista e geneticista francesa Emmanuelle Charpentier e a bioquímica estadunidense Jennifer Doudna demonstraram que esse mecanismo poderia ser simplificado e reprogramado para cortar uma sequência de DNA escolhida pelos pesquisadores. A ferramenta ficou conhecida como CRISPR-Cas9.

“Alguém um dia estava fazendo pesquisa básica, estudando a biologia das bactérias. Naquela época, nunca se imaginou que isso se tornaria uma ferramenta para editar mutações humanas”, afirma Welbert Pereira, do Ensino Einstein. A descoberta abriu caminho para terapias que corrigem ou desativam alterações associadas a doenças. Tratamentos baseados em CRISPR já são empregados contra doenças do sangue, como a anemia falciforme.

6. GLP-1 e medicamentos contra diabetes e obesidade

O GLP-1 é um hormônio produzido no intestino após a alimentação. Na década de 1980, pesquisas mostraram que ele estimula a liberação de insulina quando a glicose no sangue está elevada. Mais tarde, cientistas observaram que a molécula também reduz o apetite e retarda o esvaziamento do estômago.

Mas o GLP-1 natural permanece por poucos minutos no organismo, o que dificultava seu uso como medicamento. Uma pista veio do estudo do monstro-de-gila (Heloderma suspectum), lagarto venenoso encontrado na América do Norte. No início da década de 1990, pesquisadores isolaram de seu veneno a exendina-4, peptídeo semelhante ao GLP-1, com ação mais prolongada. “Ninguém estava estudando esse lagarto pensando em obesidade”, observa Lucas Zanandrez.

A exendina-4 serviu de base para o desenvolvimento da exenatida, um dos primeiros medicamentos capazes de ativar o receptor de GLP-1. Outros integrantes da classe —como a liraglutida e a semaglutida, princípios ativos de medicamentos como Ozempic e Wegovy—, foram desenvolvidos a partir de modificações do GLP-1 humano.

7. Pesquisas sobre átomos deram origem à ressonância magnética

A ressonância magnética surgiu de pesquisas iniciadas na década de 1930 sobre uma propriedade das partículas que formam o núcleo atômico, conhecida como spin. Físicos, como o polonês Isidor Rabi, estudaram o comportamento dessas partículas quando expostas a campos magnéticos. As primeiras aplicações da ressonância magnética nuclear ocorreram em laboratórios de química, onde a técnica ajudava a determinar a estrutura de moléculas.

A partir da década de 1970, pesquisadores encontraram formas de transformar os sinais emitidos pelos átomos em imagens dos tecidos. A ressonância magnética permite hoje observar órgãos, vasos sanguíneos, músculos, articulações e tumores sem empregar radiação ionizante. A ressonância funcional, por sua vez, acompanha mudanças no fluxo sanguíneo cerebral e ajuda a estudar a atividade do órgão.

8. Células T na origem da imunoterapia contra o câncer

Para evitar que a resposta imunológica danifique células saudáveis, o organismo tem mecanismos que reduzem a atividade das células T. Alguns tumores exploram esses “freios” para escapar do ataque do sistema imunológico.

Na década de 1990, o imunologista americano James Allison investigou a CTLA-4, proteína que inibe a ação das células T, e demonstrou que seu bloqueio permitia ao sistema imunológico atacar tumores. Em outra linha de pesquisa, o imunologista japonês Tasuku Honjo identificou a PD-1, que também limita a resposta dessas células.

As descobertas levaram ao desenvolvimento dos inibidores de pontos de controle imunológico, anticorpos monoclonais que bloqueiam CTLA-4, PD-1 ou PD-L1. Esses medicamentos são usados contra diferentes tipos de câncer, como melanoma e tumores de pulmão, rim e bexiga. Allison e Honjo receberam o Nobel de Fisiologia ou Medicina em 2018 por transformar o estudo dos mecanismos de regulação do sistema imunológico em uma nova forma de tratar neoplasias.