A ciência por trás do Folding@home

O QUE SÃO AS PROTEÍNAS?

Proteínas são "colares" de aminoácidos — moléculas de cadeia longa. São constituídas por uma ou mais cadeias polipéptidicas que resultam da possibilidade que os aminoácidos têm de reagir entre si por ligação química covalente – ligação peptídica. As proteínas são a base da biologia, sem elas não seríamos capazes de repor nem reparar as células do nosso corpo. Desempenham várias funções cruciais em todos os processos biológicos das quais são exemplo a função enzimática, onde actuam como biocatalisadores de quase todas as reacções químicas que ocorrem nos seres vivos. Imunológica uma vez que reconhecem substancias estranhas ao organismo e combinam-se com elas para as neutralizarem. As proteínas também fazem parte da estrutura de todos os constituintes celulares. Por estas razões os cientistas sequênciaram o genoma humano – uma “planta” para todas as proteínas – mas como podemos compreender o que essas proteínas fazem e como funcionam?

RELAÇÃO COM O PROJECTO DO GENOMA HUMANO

Sendo que as proteínas desempenham um papel tão importante na biologia, os cientistas sequênciaram o genoma humano – podemos ver o genoma como um “planta” para essas proteínas. O genoma contém o código de ADN que especifica a sequência de aminoácidos dispostos ao longo do “colar” de proteínas.

PORQUE É QUE AS PROTEÍNAS SE ENROLAM?

Apenas conhecer esta sequência diz-nos pouco sobre o que fazem as proteínas e como o fazem. Para realizarem as suas funções (enzimática e imunológica, por exemplo) têm de tomar uma forma particular. As proteínas são máquinas verdadeiramente surpreendentes: antes de fazerem a função que lhes compete, montam-se! Esta auto-montagem é conhecida como “enrolamento”.

Um dos objectivos do nosso projecto é simular o “enrolamento” das proteínas para compreender como é que as proteínas se enrolam tão rapidamente e confiadamente, e aprender como fazer polímeros sintéticos com estas propriedades. Filmes dos resultados destas simulações podem ser encontrados aqui.

ENROLAMENTO DA PROTEINA E DOENÇAS: BSE (doença das vacas loucas), Alzheimer, …

O que acontece se as proteínas não se enrolarem correctamente? Doenças como Alzheimer, fibrose cística, BSE (doença das vacas loucas), enfisema pulmonar, e acredita-se que também muitos cancros são resultado do enrolamento indevido das proteínas.

Quando as proteínas se enrolam indevidamente, podem agregar-se. Estes grupos podem reunir-se no cérebro, onde se acredita que causam sintomas de BSE ou Alzheimer.

ENROLAMENTO DAS PROTEÍNAS E NANOTECNOLOGIA: Homem cria máquinas à nano-escala.

Além das aplicações biomédicas, aprender como as proteínas se enrolam também nos vai ensinar a desenvolver as nossas “nanomáquinas” com dimensão de proteínas. Claro que antes de as “nanomáquinas” desempenharem a sua função devem ser montadas.

PORQUE É QUE O ENROLAMENTO DAS PROTEÍNAS É TÃO DIFÍCIL DE COMPREENDER?

É impressionante que as proteínas não só se montam – enrolam-se – como o fazem surpreendentemente rápido: algumas demoram um milésimo de segundo. Enquanto um milésimo de segundo é muito curto à escala humana, para um computador é longo o suficiente para ser simulado.

Demoram cerca de um dia para simular um nanosegundo (1/1.000.000.000 segundos). Infelizmente, as proteínas enrolam-se numa escala de dez microsegundos (10.000 nanosegundos). Sendo assim, seriam necessários 10,000 dias de CPU para a simular o enrolamento – por outras palavras, demoraria 30 anos! É demasiado tempo para esperar por um resultado!

A SOLUÇÃO: DINÂMICA DISTRIBUÍDA

Para resolver o problema do enrolamento das proteínas, é necessário quebrarmos a barreira do microssegundo. O nosso grupo desenvolveu novas maneiras de simular o enrolamento das proteínas dividindo o trabalho por múltiplos processadores seguindo um novo método – com uma velocidade linear próxima do número de processadores. Assim, com o poder do Folding@home (mais de 100,000 processadores), quebrámos com sucesso a barreira do microssegundo e ajudamos a desvendar o mistério de como as proteínas se enrolam.

O QUE É QUE JÁ FIZEMOS ATÉ AGORA E QUE CAMINHO QUEREMOS SEGUIR?

Folding@home tem sido um sucesso. Enrolámos diversas proteínas pequenas e que se enrolam rapidamente com validação experimental do nosso método. Estamos agora a trabalhar para desenvolver mais o nosso método, e aplicá-lo a proteínas mais complexas e interessantes bom como a questões de enrolamento de proteínas e enrolamento indevido.

Desde então,o Folding@home tem estudado proteínas mais complexas, relatando o enrolamento de proteínas de microsegundo incluindo a BBA5, a vilina entre outras. Recentemente temos feito um esforço em estudar as proteínas ligadas a doenças como doença de Alzheimer, doença de Hunntington e Osteogenesis Imperfecta.

Pode saber mais sobre os nossos resultados, na página de e se quiser ver informação mais específica visite a página de resultados.

COMO PODEMOS SABER MAIS SOBRE COMO FUNCIONA O FOLDING@HOME?

Um bom sítio para saber mais sobre o sucesso do Folding@home, bem como este funciona, é nos nossos artigos e nas mais recentes coberturas feitas pela imprensa.

Veja também a nossa secção de Perguntas Frequentes (FAQ), em particular a página que diz respeito a doenças e questões biomédica que estamos a estudar.

A natureza do enrolamento é determinada pela sequência e está codificada de uma maneira muito complicada. Assim sendo, o enrolamento de proteínas pode ser visto como a ligação entre o genoma (sequência) e o que as proteínas fazem (a sua função).

O cliente do Folding@home (consola ou gráfico) mostra em tempo real visualizações das simulações da proteína que estão a decorrer. O desenho da molécula e a actual configuração atómica da proteína que está a ser simulada no seu computador.