Os engenheiros da Caltech e da Universidade de Stanford desenvolveram uma prótese minúscula que permite que a água-viva nade mais rápido e de maneira mais eficiente do que normalmente, sem estressar os animais. Os pesquisadores responsáveis ​​pelo projeto vislumbram um futuro no qual as águas-vivas equipadas com sensores possam ser direcionadas para explorar e registrar informações sobre o oceano.

A água-viva usa um movimento pulsante para se impulsionar para a frente, agitando seus tentáculos enquanto se movem para capturar presas. A nova prótese usa impulsos elétricos para regular – e acelerar – a pulsação, semelhante à maneira como um marcapasso cardíaco regula a freqüência cardíaca. O dispositivo, que é neutro em flutuação na água, tem cerca de dois centímetros de diâmetro e é preso ao corpo da água-viva através de uma pequena farpa de madeira.

A pesquisa – liderada por John Dabiri (MS ’03, PhD ’05) da Caltech, professora do Centenário de Aeronáutica e Engenharia Mecânica e Nicole Xu (MS ’15), estudante de Stanford, foi publicada na revista Avanços científicos.

Normalmente, as águas-vivas nadam a uma taxa de cerca de dois centímetros por segundo. Embora eles sejam capazes de se mover mais rapidamente, isso não os ajuda a capturar presas, sua razão típica para usar o movimento de “nadar” que balança os tentáculos.

Na pesquisa descrita no artigo, Dabiri, Xu e colegas equiparam as águas-vivas com um controlador microeletrônico pulsando a uma frequência três vezes mais rápida do que os pulsos corporais habituais dos animais. A pulsação dos animais acelerou, produzindo um aumento correspondente em sua velocidade de natação para cerca de 4-6 centímetros por segundo.

Além de tornar a água-viva mais rápida, os solavancos elétricos também os fizeram nadar com mais eficiência. Embora as águas-vivas nadassem três vezes mais rápido que o ritmo normal, elas usavam apenas o dobro de energia (conforme medido pela quantidade de oxigênio consumida pelos animais enquanto nadava). De fato, as águas-vivas equipadas com próteses eram 1.000 vezes mais eficientes que os robôs nadadores, diz Xu.

“Mostramos que eles são capazes de se mover muito mais rápido do que normalmente, sem um custo indevido em seu metabolismo”, diz Xu. “Isso revela que as águas-vivas possuem uma capacidade inexplorada para nadar mais rápido e mais eficiente.”

Note-se que as águas-vivas foram monitoradas de perto para garantir que não fossem prejudicadas. As águas-vivas não têm cérebro ou receptores de dor, mas descobriram que secretam muco quando estressadas, e nenhuma secreção foi observada neste experimento. Além disso, a água-viva voltou a nadar normalmente após a remoção da prótese.

A pesquisa representa um “meio termo” entre duas veias do trabalho de robótica com inspiração bioinspiratória em que Dabiri esteve envolvido na última década, tanto na Caltech quanto em Stanford. Um envolve o uso de componentes puramente mecânicos e os outros materiais puramente biológicos.

Com sistemas puramente mecânicos, Dabiri teve sucesso na construção de robôs que parecem animais reais, mas requerem muito mais energia para realizar as mesmas tarefas. “Ainda não capturamos a elegância dos sistemas biológicos”, observa ele. No entanto, embora sejam mais elegantes que os robôs, sistemas puramente biológicos são muito mais frágeis. De fato, em colaboração com colegas da Universidade de Harvard, Dabiri mostrou que as células cardíacas de ratos podem responder a campos elétricos – o que potencialmente os torna blocos de construção úteis para dispositivos biológicos – mas as células sobrevivem apenas em condições de laboratório.

O esforço para adicionar controles mecânicos às águas-vivas começou em 2013 em Caltech, quando Xu era um estudante de graduação que fazia uma bolsa de verão de pesquisa (SURF) no laboratório de Dabiri. Dabiri estava interessado em alavancar águas-vivas para a exploração e detecção dos oceanos devido à sua abundância: as espécies usadas nos experimentos atuais podem ser encontradas nos oceanos da Terra, em profundidades que variam da superfície ao fundo de valas profundas.

“Apenas 5% a 10% do volume do oceano foi explorado, por isso queremos aproveitar o fato de que as águas-vivas estão em toda parte para dar um salto nas medições baseadas em navios, cujo número é limitado devido ao seu alto custo. ”, Diz Dabiri. “Se pudermos encontrar uma maneira de direcionar essas águas-vivas e também equipá-las com sensores para rastrear coisas como temperatura do oceano, salinidade, níveis de oxigênio e assim por diante, poderíamos criar uma rede oceânica verdadeiramente global em que cada um dos robôs de água-viva custa alguns dólares para instrumentar e se alimentar de presas que já estão no oceano. ”

Atualmente, a prótese pode direcionar água-viva para começar a nadar e controlar o ritmo. O próximo passo será desenvolver um sistema que guie as águas-vivas em direções específicas e que lhes permita responder aos sinais dos sensores a bordo, diz Dabiri, que espera desenvolver controles eletrônicos ainda menores que possam ser completamente incorporados ao tecido das águas-vivas. próteses permanentes, mas despercebidas.

O estudo é intitulado “Microeletrônica de baixa potência incorporada em água-viva viva aprimora a propulsão”. Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.

Referência: “Microeletrônica de baixa potência incorporada em medusas vivas melhoram a propulsão” por Nicole W. Xu e John O. Dabiri, 29 de janeiro de 2020, Avanços científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.aaz3194

As cobras marinhas entraram no ambiente marinho pela primeira vez há 15 milhões de anos e vêm evoluindo desde então para sobreviver nas mudanças e nas condições de luz, segundo um novo estudo.

Uma pesquisa liderada pela Universidade de Plymouth (Reino Unido) forneceu pela primeira vez evidências de onde, quando e freqüência que as espécies adaptaram sua capacidade de enxergar em cores.

Isso sugere que a visão das cobras-do-mar foi modificada geneticamente ao longo de milhões de gerações, permitindo que elas se adaptem a novos ambientes e significa que podem continuar vendo presas – e predadores – bem abaixo da superfície do mar.

Em uma reviravolta inesperada, o estudo publicado em Biologia Atual também sugere que as serpentes marinhas de mergulho compartilham suas propriedades adaptativas não com outras cobras ou mamíferos marinhos, mas com alguns primatas que comem frutas.

A pesquisa foi liderada pelo Dr. Bruno Simões, professor de Biologia Animal da Universidade de Plymouth, e envolveu cientistas do Reino Unido, Austrália, Dinamarca, Bangladesh e Canadá.

Dr. Simões, ex-bolsista global Marie Sklodowska-Curie na Universidade de Bristol (Reino Unido) e Universidade de Adelaide (Austrália), disse: “No mundo natural, as espécies obviamente precisam se adaptar à medida que o ambiente ao seu redor muda. Mas ver uma mudança tão rápida na visão das cobras do mar em menos de 15 milhões de anos é realmente surpreendente. O ritmo de diversificação entre as serpentes marinhas, em comparação com seus parentes terrestres e anfíbios, talvez seja uma demonstração do ambiente imensamente desafiador em que vivem e da necessidade de que continuem se adaptando para sobreviver.

“Nosso estudo também mostra que a visão de serpentes e mamíferos evoluiu de maneira muito diferente na transição da terra para o mar. As cobras do mar mantiveram ou expandiram sua visão de cores em comparação com seus parentes terrestres, enquanto pinípedes e cetáceos passaram por uma redução adicional nas dimensões de sua visão de cores. Esse contraste é mais uma evidência da notável diversidade evolutiva da visão da cobra. ”

No estudo, os cientistas dizem que, apesar de serem descendentes de lagartos altamente visuais, as cobras têm uma visão de cores limitada (geralmente em dois tons), atribuída ao estilo de vida pouco iluminado de seus ancestrais.

No entanto, as espécies vivas de elapídeos venenosos e com presas frontais são ecologicamente muito diversas, com cerca de 300 espécies terrestres (como cobras, cobras corais e taipans) e 63 cobras marinhas totalmente marinhas.

Para tentar estabelecer como essa diversidade ocorreu, os cientistas analisaram várias espécies de cobras terrestres e marinhas de fontes que incluem trabalho de campo na Ásia e na Austrália e coleções históricas de museus.

Eles investigaram a evolução da sensibilidade espectral nos elapídeos analisando seus genes opsin (que produzem pigmentos visuais responsáveis ​​pela sensibilidade à luz ultravioleta e visível), fotorreceptores da retina e lentes oculares.

Seus resultados mostraram que as serpentes do mar haviam sofrido uma rápida diversificação adaptativa de seus pigmentos visuais quando comparadas com seus parentes terrestres e anfíbios.

Em um exemplo específico, uma linhagem específica de cobra marinha havia expandido sua sensibilidade ao UV-Azul. As cobras marinhas procuram no fundo do mar em profundidades superiores a 80 metros, mas precisam nadar até a superfície para respirar pelo menos uma vez a cada poucas horas. Essa sensibilidade UV-Azul expandida ajuda as cobras a ver nas condições variáveis ​​de luz da coluna de água do oceano.

Além disso, a maioria dos vertebrados possui pares de cromossomos, resultando em duas cópias dos mesmos genes. Em alguns primatas que comem frutas, as duas cópias podem ser ligeiramente diferentes (alelos), resultando em pigmentos visuais com propriedades espectrais diferentes, expandindo sua visão de cores. Este estudo sugere que algumas serpentes marinhas usaram o mesmo mecanismo para expandir sua visão subaquática com alelos sensíveis a UV e sensíveis a azul.

A Dra. Kate Sanders, Professora Associada da Universidade de Adelaide e autora sênior, disse: “Diferentes alelos do mesmo gene podem ser usados ​​por organismos para adaptar novas condições ambientais. Os tipos sanguíneos ABO nos primatas são resultado de diferentes alelos do mesmo gene. No entanto, apesar de ser muito importante para a adaptação das espécies, esse mecanismo ainda é pouco relatado. Para a visão, isso foi relatado apenas no opsin de longo comprimento de onda de alguns primatas, mas nosso estudo sugere um paralelo intrigante com as serpentes marinhas de mergulho. ”

Referência: “Diversificação Espectral e Polimorfismo Alélico Transespécies durante a Transição Terra-Mar em Cobras” por Bruno F. Simões, David J. Gower, Arne R. Rasmussen, Mohammad AR Sarker, Gary C. Fry, Nicholas R. Casewell, Robert A. Harrison, Nathan S. Hart, Julian C. Partridge, David M. Hunt, Belinda S. Chang, Davide Pisani e Kate L. Sanders, 28 de maio de 2020, Biologia Atual.
DOI: 10.1016 / j.cub.2020.04.061

A oncologista de Kapotes, Amy Tiersten, no Hospital Mount Sinai, ficou impressionada com a resposta de sua paciente ao novo medicamento. Ela quase não teve efeitos colaterais. “Fiquei impressionada”, diz Tiersten.

O estudo com ruxolitinibe foi o produto de uma busca por uma década de Andrea Califano, bióloga de sistemas da Universidade de Columbia. Usando computação sofisticada, ele modela as redes moleculares que sustentam as células cancerígenas e identifica proteínas chamadas fatores de transcrição que atuam como linchpins, controlando o comportamento de muitos genes dentro de uma célula. Califano colaborou com o biólogo celular José Silva, então também na Columbia, para analisar amostras de câncer de mama em um repositório de tecidos de outros pacientes que se tornaram resistentes ao Herceptin. Os achados da análise sugeriram que um fator de transcrição chamado STAT3 desempenha um papel crítico nesses cânceres. E o ruxolitinibe era conhecido por inibir o STAT3.

Outros pesquisadores se concentraram na identificação de mutações genéticas que causam a doença em um paciente individual. Fazer isso, segundo o pensamento, pode ajudar a identificar o melhor medicamento para cada paciente. Mas, devido à diversidade de mutações causadoras de câncer em toda a população, pode ser necessário dezenas de milhares de medicamentos para tratar a todos.

A abordagem de Califano, por outro lado, é uma reviravolta nessa ideia. Ele se concentrou na identificação de alguns fatores de transcrição que atuam como gargalos. Alveje esses reguladores principais, como Califano os chama, e você interromperá o câncer, independentemente da mutação inicialmente causada por ele. Os oncologistas ainda precisariam analisar as mutações de cada paciente para descobrir quais reguladores estão atuando em seu câncer em particular, mas, em vez de dezenas de milhares de medicamentos, diz Califano, eles podem precisar apenas de dezenas. É uma abordagem despersonalizada da medicina personalizada.

A estratégia baseia-se no treinamento computacional de Califano como físico. “Criamos algoritmos que podem reverter a lógica de cada tumor diferente para conhecermos os alvos” dos medicamentos, diz ele. Seus algoritmos são um excelente exemplo de biologia de sistemas – que usa matemática complicada para modelar sistemas biológicos complexos, como interações genéticas. É um campo que gerou um interesse tremendo, mas pouco sucesso clínico no mundo real.

Em 2015, Califano co-fundou uma empresa chamada DarwinHealth que usa seus algoritmos para orientar médicos, identificando os principais fatores de transcrição no tumor de um paciente e sugerindo medicamentos para atingi-los. Seu trabalho recebeu elogios de outros pesquisadores, embora alguns notem que a abordagem está apenas nos estágios iniciais dos testes em humanos e sua utilidade clínica permanece incerta. Ed Liu, presidente e CEO do Jackson Laboratory, um instituto biomédico sem fins lucrativos com o qual a Califano colaborou, está otimista de que o método acabará sendo recompensado. “À medida que desenvolvemos maneiras cada vez mais precisas de atacar esses nós, mais úteis serão seus algoritmos.”

A abordagem de Califano está prestes a fazer seu maior teste ainda. A Columbia alocou US $ 15 milhões para um teste de 3000 pacientes com câncer em seus hospitais nos próximos 3 anos, usando os algoritmos da DarwinHealth para analisar o câncer de cada paciente e recomendar tratamentos. “Esse é provavelmente um dos momentos mais empolgantes da minha pesquisa”, diz Califano, “porque finalmente conseguimos aplicar essa metodologia em uma escala grande o suficiente para realmente aprender algo em termos da resposta da pesquisa. paciente.”

No outono de 1958, um jovem cientista chamado François Jacob foi a seu colega Jacques Monod no Instituto Pasteur em Paris com uma hipótese sobre como os mecanismos genéticos poderiam controlar o comportamento celular. Os dois homens tinham tendências renegadas: Jacob lutara contra os nazistas – e fora ferido – em nome do governo francês exilado na Segunda Guerra Mundial, e Monod, um talentoso alpinista, participara das atividades de guerrilha da resistência francesa. Nos anos seguintes, os dois trabalharam juntos e foram os primeiros a demonstrar a ideia de circuitos genéticos. O trabalho acabou por ganhar uma parte do Prêmio Nobel de 1965 em Fisiologia ou Medicina.

Em experimentos com Escherichia coli, Jacob e Monod mostraram que as redes de genes dessas bactérias podem alterar a produção de certas enzimas, dependendo do tipo de alimento disponível. Quando a lactose do açúcar era abundante, as bactérias ativavam genes que codificam as enzimas para metabolizá-la. Mas com acesso apenas à glicose, um açúcar diferente, os micróbios desligam esses genes. Foi uma demonstração pioneira de que a atividade de genes individuais poderia ser aumentada ou reprimida.

Experimentos nas décadas posteriores ajudaram a explicar como a maquinaria celular exerce esse controle. Um ator importante são os fatores de transcrição, proteínas que aumentam ou inibem a atividade de outros genes. A rede de regulação de genes de uma única célula é muito mais elaborada do que Jacob e Monod tinham as ferramentas para descobrir. O genoma humano contém 20.000 genes e estima-se que 1.500 produzem fatores de transcrição. Esse sistema cria uma rede complexa de interruptores liga e desliga.

Califano achava que, se conseguisse identificar as principais chaves do câncer, poderia interromper as mudanças genéticas catastróficas que impulsionam seu crescimento. Mas depois que ele terminou seu treinamento como físico em 1986, a IBM o recrutou para liderar projetos em visão computacional e inteligência artificial. Os códigos de construção nas instalações da IBM impediram Califano de ter um laboratório experimental para buscar seus interesses em biologia. Ele saiu em 2000 e desembarcou em Columbia em 2003. Começou a escrever um código para resolver o enigma do câncer no dia em que chegou.

Atualmente, os dados subjacentes a seus algoritmos provêm de um método chamado sequenciamento de RNA (RNA-seq). O método mede a atividade gênica dentro das células sequenciando moléculas de RNA, que atuam como um proxy para os quais os genes são ativados e desativados. Os algoritmos analisam a enorme quantidade de dados de RNA-seq para revelar quais genes são hiperativos ou subativos no câncer em comparação com tecidos saudáveis. Os algoritmos usam então equações complexas para inferir padrões de interações genéticas e se concentrar nos fatores de transcrição com maior influência.

A busca dos principais fatores de câncer não é fácil. Considere uma análise de 2018 de mais de 9000 amostras que relataram quase 1,5 milhão de mutações. Os genes influenciam-se mutuamente em redes complexas e em ciclos de feedback, portanto o número de maneiras pelas quais essas perturbações genéticas podem interagir em um tumor é vasto. “Existem, digamos, 1000 genes que sofrem mutação recorrente em todos os tumores que podem causar câncer, então você tem mais combinações potenciais de mutações cancerígenas do que átomos no universo”, diz Califano.

A indústria farmacêutica não pode fabricar um novo medicamento para cada uma dessas combinações únicas. (Em comparação, 126 novos medicamentos contra o câncer receberam a aprovação da Food and Drug Administration [FDA] entre 1980 e 2018.) É por isso que é crucial identificar os principais reguladores que são os culpados pelos cânceres, diz Califano.

Na Columbia, ele trabalhou com seu ex-pesquisador de pós-doutorado Mariano Alvarez para desenvolver algoritmos mais eficientes para classificar através dessas redes. O atual, chamado VIPER – abreviação de inferência virtual da atividade de proteínas por meio de análises enriquecidas por regulons – foi usado em dezenas de estudos sobre como vastas redes genéticas interconectadas deram errado em câncer de bexiga, próstata e pulmão.

Califano e colegas usaram recentemente o algoritmo VIPER para examinar dados de RNA-seq de mais de 10.000 amostras de tumores individuais no Cancer Genome Atlas, um banco de dados patrocinado pelo governo dos EUA. A equipe descobriu que diferentes tipos de câncer têm mais em comum do que se pensava anteriormente. A análise, agora em revisão para publicação, identificou 407 genes de fatores de transcrição que agiam como suspeitas de linchpins em todas as amostras de câncer. Apenas 20 a 25 deles estavam envolvidos em um determinado câncer – e Califano diz que combater o câncer pode não exigir a eliminação de todos esses fatores de transcrição: derrubar apenas alguns nós pode ser suficiente.

Você tem mais combinações potenciais de mutações cancerígenas do que átomos no universo.

Califano “foi um dos primeiros a lançar algoritmos complexos e outros seguiram”, diz Liu. Um ponto forte dos algoritmos de Califano é que eles analisam toda uma rede de produtos gênicos, incluindo RNA e proteínas, acrescenta David Tuveson, diretor do Centro de Câncer do Cold Spring Harbor Laboratory. Tuveson usa o VIPER em sua própria busca por tratamentos para o câncer de pâncreas.

Califano também espera colocar seus algoritmos para trabalhar para os pacientes. A idéia de comercializar essa abordagem começou em 2013, em uma praia nas Ilhas Virgens Britânicas. Lá, ele conheceu um colega em férias, Gideon Bosker, um médico que havia iniciado sua medicina de emergência e mais tarde lançou uma empresa de educação médica de sucesso. Os dois se deram bem e, dois anos depois, eles decidiram formar a DarwinHealth. A Columbia licenciou a tecnologia VIPER para a DarwinHealth e Bosker investiu US $ 1,4 milhão em seu empreendimento para tirá-lo do papel. Desde então, os colaboradores do setor patrocinam mais de uma dúzia de projetos de pesquisa com os algoritmos da empresa.

A DarwinHealth combina os algoritmos do Califano com um banco de dados de informações de experimentos sobre como os medicamentos afetam vários genes, compilados através da revisão da literatura e de outras fontes pela empresa. Desde que sigam regras estabelecidas para a transferência de tecidos de pacientes, médicos de todo o mundo agora podem enviar uma amostra de tecido ao departamento de patologia da Columbia, onde o RNA é extraído das células. Por US $ 1600, a empresa gera uma leitura “OncoTarget” do regulador mestre individual que parece ter o maior impacto no câncer do paciente, bem como uma leitura mais sofisticada “OncoTreat” dos medicamentos existentes que reprimem as 25 transcrições mais ativadas do tumor fatores e aumentar os 25 que são mais recusados. Os produtos lançados em 2018.

Gordon Mills, que atua como diretor de oncologia de precisão do Knight Cancer Institute da Oregon Health & Science University e ajudou a ser pioneiro no campo da biologia de sistemas, observa que os algoritmos de combate ao câncer de Califano ainda precisam superar muitos obstáculos. “Há ceticismo de que estamos suficientemente longe para prever a complexidade da doença humana”, diz Mills, que aplicou os algoritmos de Califano aos dados de sua própria pesquisa. “Houve centenas de algoritmos que falharam em capturar verdadeiramente a complexidade e a heterogeneidade do câncer e não deram certo nas tentativas de transferi-los para a clínica”.

Mas Califano vê um sinal de que sua busca por linchpins do câncer será recompensada em uma improvável história de sucesso do câncer: a talidomida. Em meados da década de 1950, o medicamento chegou ao mercado como sedativo para ajudar no sono e na ansiedade. Os médicos também receitaram náuseas para mulheres grávidas – o que foi devastador porque causou defeitos congênitos maciços, incluindo a falta de membros e problemas cardíacos. Mas a talidomida voltou como remédio para doenças como a hanseníase. Em 1997, os médicos começaram a testar o medicamento contra o mieloma múltiplo, um câncer que afeta os glóbulos brancos.

Desde então, os cientistas aprenderam mais sobre como a talidomida funciona. Em 2018, eles descobriram que solicita que um complexo de proteínas chamado cereblon dentro das células marque certos fatores de transcrição para descarte. No mieloma múltiplo, esses fatores de transcrição, IKZF1 e IKZF3, atuam como pinos básicos na rede genética que permite ao câncer prosperar. Para Califano, o sucesso da talidomida mostra o valor de encontrar medicamentos existentes que podem atingir os principais reguladores do câncer.

Os candidatos são escassos. Enquanto muitos medicamentos buscam proteínas que atuam como enzimas e têm locais ativos fáceis de encontrar, os fatores de transcrição carecem de pontos facilmente visíveis e muitos pesquisadores os consideram indescritíveis.

Mas o laboratório da Califano em Columbia está tentando adicionar à lista de medicamentos em potencial. Máquinas pesadas com braços robóticos processam amostras de células tumorais para fazer uma triagem de alto rendimento que analisa como os medicamentos candidatos alteram o perfil de RNA-seq das células e se os medicamentos revertem a atividade dos reguladores principais. Um supercomputador de US $ 12 milhões no porão do edifício, um recurso compartilhado para pesquisadores universitários, analisa os dados.

A Bristol Myers Squibb, que fabrica a versão aprovada pela FDA da talidomida para o mieloma múltiplo, entrou na caçada. A empresa contratou a DarwinHealth para pesquisar sistematicamente a biblioteca de compostos da gigante farmacêutica em busca de outros compostos que possam atingir os principais reguladores.

O apoio adicional à abordagem DarwinHealth vem de um estudo recente de Samir Parekh, na Escola de Medicina de Icahn, no Monte Sinai, e de uma equipe de colaboradores internacionais, que recentemente completaram um ensaio clínico para testar uma combinação de dois medicamentos, dexametasona e selinexor, para múltiplos mieloma. A combinação funcionou apenas em cerca de um quarto dos pacientes, reduzindo os níveis de uma proteína do mieloma no sangue. Em uma análise retrospectiva, as ferramentas da DarwinHealth previram quais pacientes responderiam. Ao avaliar os dados de RNA-seq de 12 pacientes, as ferramentas identificaram quatro dos cinco pacientes que se beneficiaram com os medicamentos e seis dos sete que não o fizeram, relataram os pesquisadores no ano passado em O novo jornal inglês de medicina.

Morgan Craig, que usa abordagens computacionais para identificar novos medicamentos na Universidade de Montreal, diz que os esforços para entender as redes moleculares no câncer têm o potencial de melhorar a medicina personalizada. Algoritmos como os usados ​​pelo DarwinHealth “podem não assumir abordagens clínicas imediatamente”, explica Craig. “Mas é definitivamente um passo para tentar fazer essa identificação de alvo de uma maneira mais sistemática”.

O DarwinHealth não roda ensaios clínicos, mas nos últimos 3 anos, o laboratório da Califano testou os algoritmos da empresa em experimentos na Columbia. Os pesquisadores analisaram dados de RNA-seq de amostras de biópsia de mais de 100 pacientes com câncer para identificar reguladores principais e sugerir medicamentos que normalmente não podem ser considerados (como faz o serviço comercial da DarwinHealth). Em algumas dezenas de casos, os pesquisadores mais tarde testaram a droga em camundongos com uma versão enxertada do tumor de um paciente para confirmar que a droga afetava os reguladores principais, como previsto. Para cinco desses pacientes, os médicos se sentiram ousados ​​o suficiente para experimentar o medicamento sugerido pelo algoritmo. Cada paciente tinha câncer em estágio avançado que já havia parado de responder aos tratamentos disponíveis.

Quatro desses cinco pacientes responderam aos medicamentos administrados, pelo menos por um tempo. Para um paciente com meningioma, um tumor que pode exercer pressão fatal no cérebro, o algoritmo apontou para o etoposídeo – um medicamento originalmente projetado para tratar o câncer de pulmão e ovário. Seu tumor parou de crescer por mais de um ano; Ele então começou a se recuperar levemente e ele foi colocado em um ensaio clínico diferente. Depois disso, seu tumor começou a crescer rapidamente novamente.

Califano espera aproveitar esses resultados anedóticos com o ensaio clínico formal, agora em andamento na Columbia. Os testes Oncotarget e Oncotreat da DarwinHealth serão usados ​​com 3000 pacientes no sistema Columbia. Por fim, os medicamentos que recebem serão escolhidos por um conselho médico com base em leituras de mutações detectadas pelo seqüenciamento tradicional ou do algoritmo baseado no VIPER. A DarwinHealth não receberá dinheiro pelos testes para evitar conflitos de interesse, já que o Califano faz parte da liderança da empresa enquanto trabalha na universidade.

Califano e Bosker também estão licenciando as ferramentas da DarwinHealth para outros pesquisadores em todo o mundo para testar contra o câncer. Em janeiro, o Hospital do Câncer de Pequim confirmou que usaria as ferramentas da DarwinHealth para orientar o tratamento de pacientes em ensaios clínicos no local. Xiaotian Zhang, oncologista que lidera o novo estudo, diz que, se os resultados iniciais parecerem promissores, a pesquisa será expandida para outros hospitais. “Todos esses estudos clínicos se concentrarão em tumores gastrointestinais, principalmente no câncer gástrico e esofágico”, diz Zhang.

À medida que a abordagem da DarwinHealth entra em mais locais de testes clínicos, mais pacientes como Kapotes receberão medicamentos nunca destinados a combater seus cânceres específicos. Para algumas pessoas, como ela, pode ganhar um tempo precioso. Por mais de dois anos depois que ela se inscreveu no estudo com ruxolitinibe, o câncer de Kapotes permaneceu estável. Quando as varreduras finalmente mostraram que o tumor havia começado a crescer novamente, Tiersten a trocou por outro medicamento, que acabara de receber a aprovação do FDA. Hoje em dia, Kapotes está tendo tempo para aproveitar sua aposentadoria e sua família. O medicamento recentemente aprovado que ela toma agora funciona através de um mecanismo diferente, mas Kapotes nunca teria tido a chance de tomá-lo se não fosse o ruxolitinibe. “Ela aguentou o tempo suficiente porque estava no julgamento”, diz Tiersten.

Esse fotorreceptor é como um ‘pixel ocular’ e parece fornecer um sinal suficiente para o peixe ir e investigar o estímulo.

O professor Tom Baden e seus co-autores acreditam que isso poderia fornecer informações sobre como os animais, incluindo os humanos, são capazes de processar pequenos detalhes em seu ambiente.

O professor de neurociência Tom Baden disse: “Os peixes-zebra têm o que é conhecido como uma ‘zona aguda’ nos olhos, o que é basicamente um precursor evolutivo da fóvea que temos na retina. Tanto na zona aguda do peixe-zebra quanto na fóvea humana, a acuidade visual é mais alta.

Cena subaquática do ponto de vista dos peixes, vista com espectro visível para o ser humano (esquerda) e com visão UV (direita). As presas de peixe-zebra (paramecia) se destacam prontamente no vídeo UV como pontos brilhantes em movimento.“Devido a essa semelhança, o peixe-zebra é realmente um bom modelo para nos ajudar a entender como o olho humano pode funcionar.

“Descobrimos que, nessa zona aguda, o peixe-zebra está usando fotorreceptores únicos para localizar suas presas minúsculas – o equivalente a vermos uma estrela no céu. Esses fotorreceptores são um pouco parecidos com pixels – mas são pixels ‘especiais’: foram especificamente ajustados para serem sensíveis a estímulos semelhantes a presas.”

“Houveram sugestões de que primatas e, portanto, humanos também usem truques semelhantes para melhorar nossa própria visão foveal”.

O artigo, publicado na revista Neuron, também revela como o peixe-zebra é capaz de ver a luz UV e usar ativamente a visão UV para ver suas presas.

O professor Baden acrescentou: “Esta é efetivamente uma super visão”.

“A presa de peixe-zebra é realmente difícil de ver com a visão humana, que varia de ‘vermelho’ a ‘azul’. No entanto, além do azul, o peixe-zebra também pode ver os raios UV, e suas presas são facilmente identificadas quando iluminadas com o componente UV sob a luz solar natural. Nossa pesquisa descobriu que sem a visão UV, o peixe-zebra tem mais dificuldade em identificar suas presas.”

Embora os humanos não possuam essa habilidade, as semelhanças entre a zona aguda do peixe-zebra e a nossa própria fóvea forneceram aos pesquisadores um modelo para investigar melhor como nossos olhos funcionam e como podemos ver com detalhes tão altos.

Agora, os cientistas têm a possibilidade de manipular funções visuais na zona aguda do peixe-zebra para ver como isso afeta o senso de visão. Esses tipos de testes não são possíveis em humanos, pois fazê-los em peixes fornecerá aos pesquisadores novas ideias sobre a função e disfunção da visão de extrema acuidade espacial.

Referência: “Especializações em fotorreceptores semelhantes a fóveas sustentam o comportamento de captura de presas com cone UV único em peixe-zebra” por Takeshi Yoshimatsu, Cornelius Schröder, Noora E Nevala, Philipp Berens e Tom Baden, 29 de maio de 2020, Neuron.
DOI: 10.1101 / 744615

Os vírus são alguns dos organismos mais misteriosos da Terra. Eles estão entre as menores formas de vida do mundo e, como ninguém pode sobreviver e se reproduzir sem um hospedeiro, alguns cientistas questionaram se deveriam ser considerados seres vivos. Agora, os cientistas descobriram um que não possui genes reconhecíveis, tornando-o um dos mais estranhos vírus conhecidos. Mas quantos vírus realmente conhecemos? Outro grupo acabou de descobrir milhares de novos vírus escondidos nos tecidos de dezenas de animais.

As descobertas falam sobre “o que ainda precisamos entender” sobre vírus, diz um dos pesquisadores, Jônatas Abrahão, virologista da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte.

Abrahão fez sua descoberta enquanto caçava vírus gigantes. Esses micróbios – algumas do tamanho de bactérias – foram descobertos em amebas em 2003. Em um lago artificial local, ele e seus colegas encontraram não apenas novos vírus gigantes, mas também um vírus que – por causa de seu tamanho pequeno – era diferente da maioria que infecta nas amebas. Eles o chamaram de Yaravirus. (Yara é a “mãe das águas”, de acordo com a mitologia indígena tupi-guarani.)

O tamanho do Yaravirus não era a única coisa estranha. Quando a equipe sequenciou seu genoma, nenhum de seus genes combinava com os que cientistas haviam encontrado antes, o grupo reporta no servidor de pré-impressão bioRxiv.

A novidade viral não surpreende Elodie Ghedin, da Universidade de Nova York, que procura vírus nas águas residuais e nos sistemas respiratórios. Mais de 95% dos vírus nos dados de esgoto “não têm correspondência com os genomas de referência no banco de dados,” ela diz. Como Abrahão, ela diz: “Parece que estamos descobrindo novos vírus o tempo todo”.

Alguns dos genes do Yaravirus se parecem com os de um vírus gigante, mas ainda não está claro como os dois estão relacionados, diz Abrahão. Ele e seus colegas ainda estão investigando outros aspectos do estilo de vida do novo vírus.

Enquanto Abrahão perseguia vírus, um de cada vez, Christopher Buck e o estudante de graduação Michael Tisza, virologistas do Instituto Nacional do Câncer, lançavam uma rede muito maior. Eles estavam pesquisando amplamente nos tecidos de animais por vírus que mantêm seu material genético em circulação. Os chamados vírus circulares incluem vírus do papiloma, um dos quais, o vírus do papiloma humano, pode causar câncer do colo do útero e outro vírus que geralmente é inofensivo para as pessoas. Mas Buck tem evidências de que o último pode estar ligado ao câncer de bexiga em pacientes com transplante de rim e em outras pessoas.

Para encontrar esses vírus, os pesquisadores isolaram partículas virais de dezenas de amostras de tecidos de humanos e outros animais e as examinaram quanto a genomas circulares. O grupo confirmou que o DNA pertencia a um vírus ao procurar por um gene que codifica a concha de um vírus. Essas sequências genéticas geralmente são irreconhecíveis, mas Tisza escreveu um programa de computador que previa quais genes provavelmente codificariam as dobras distintas dessas conchas.

Ao todo, a equipe descobriu aproximadamente 2500 vírus circulares, cerca de 600 dos quais são novos para a ciência. Ainda não está claro qual o impacto, se houver, desses micróbios na saúde humana, informou a equipe em eLife. Mas Buck diz que os dados devem permitir que médicos e cientistas comecem a fazer essas conexões. A abordagem “é uma ferramenta importante para aprender a distribuição de centenas ou milhares de genomas virais”, diz Abrahão.

Os novos estudos têm implicações além de descobrir quais vírus causam doenças. Alguns vírus que vivem no corpo humano podem ajudar a nos manter saudáveis, e outros são essenciais para manter os ecossistemas funcionando sem problemas, ajudando a reciclar nutrientes essenciais. “Não poderíamos sobreviver sem eles”, Diz Curtis Suttle, virologista ambiental da Universidade da Colúmbia Britânica, em Vancouver, que não participou de nenhum dos estudos. “Há enormes benefícios para a descoberta e caracterização de vírus”.