Saúde

A beleza milagrosa e o poder de cura das bactérias comuns
O engenheiro biomédico Tal Danino encontra arte e novas terapias de combate ao câncer nas formas de vida mais abundantes da Terra.
Por Paul Hond - 16/01/2020


"Arco-íris microbiano" (detalhe), Tal Danino, 2018 

John James Audubon desenhou pássaros, os crânios pintados de Georgia O'Keeffe '71HON, Damien Hirst prendeu borboletas na tela. Mas a arte de Tal Danino se aproxima ainda mais do âmago da natureza: sua paleta está viva, sua pintura feita das criaturas mais antigas, menores e mais abundantes do mundo. 

Em um laboratório no Northwest Corner Building, Danino, professor assistente de engenharia biomédica , está cultivando bactérias. Danino trabalha nas fronteiras da biologia sintética, uma disciplina jovem em que os sistemas biológicos são geneticamente redesenhados para realizar tarefas úteis. Combinando as notáveis ​​habilidades das bactérias e o poder da engenharia genética, Danino está mirando o câncer - especificamente, ele está programando micróbios para liberar medicamentos dentro de tumores. Mas para Danino, as bactérias não são apenas soldados em uma guerra contra doenças; elas também são formas de vida singularmente bonitas, expressivas e significativas. Como heróis de suas "pinturas" bacterianas, que foram expostas em galerias em Nova York, Pequim, Seul e Abu Dhabi, esses micróbios dão um novo significado à "natureza morta".

Danino normalmente começa suas obras de arte com uma pipeta de bactérias e uma placa de Petri revestida com ágar, um meio de crescimento derivado de algas. Com a ajuda do pesquisador Soonhee Moon, ele deposita gotículas precisas, cada uma contendo alguns milhares de bactérias, no ágar. As bactérias se replicam rapidamente, dividindo-se e se espalhando em padrões semelhantes a explosões estelares intensas, flores delicadas, globos oculares, corais, continentes em expansão e seções transversais de pedra de ágata. Usando corantes químicos para ressaltar os intrincados motivos formados pelos micróbios em proliferação, Danino leva o pontilhismo ao seu limite irredutível: imagens feitas de milhões e milhões de células microscópicas.

"Descobri que o componente visual é uma maneira extremamente poderosa de comunicar a ciência", diz Danino. “Meu tema geral é que o meio - neste caso, bactérias - é a mensagem.” Essa mensagem nos pede que consideremos a vida e a saúde no nível mais fundamental. "Nós evoluímos a partir de bactérias", diz Danino. "É incrível quando você pensa sobre isso: eles são nossos ancestrais e também vivem dentro de nós." 

No Liberty Science Center, em Jersey City, as imagens da placa de Petri de Danino cumprimentam os visitantes no Microbes Rule! Exibir. “As pessoas que veem o trabalho perguntam: 'O que é isso? Do que isso é feito? Qual é o seu significado? '”, Diz Danino. "Para mim, a arte é provocar perguntas sobre o que essas pequenas coisas significam e como elas se conectam às nossas vidas."

Tendo evoluído ao longo de bilhões de anos, e tendo, entre outras façanhas, fornecido oxigênio à atmosfera do planeta, essas “pequenas coisas” são um grande negócio. Incontáveis ​​e generalizadas, as bactérias vivem em florestas e desertos, casas e escolas, hospitais e restaurantes, na superfície de lagoas e no fundo de oceanos, em areia e solo, em vulcões e sob mantos de gelo. Variações sutis no DNA tornam impossível saber quantas espécies distintas existem. No total, as bactérias são mais numerosas do que as estrelas do universo e, em nossos corpos, onde prosperam aos trilhões, desempenham funções essenciais à nossa sobrevivência, como produzir vitaminas e revestir nossas entranhas para prevenir doenças. 

Mas alguns micróbios podem nos deixar doentes, um problema de relações públicas que obscureceu os benefícios das bactérias, reais e prospectivas, para a saúde humana. Danino, tanto como artista quanto como diretor do Laboratório de Sistemas Biológicos Sintéticos da Columbia , está ajudando a mudar isso. "Embora as bactérias sejam unicelulares, elas são incrivelmente sofisticadas", diz ele. “Eles se reproduzem assexuadamente, têm caudas chamadas flagelos que lhes permitem nadar, sofrem mutações para se adaptarem ao ambiente e 'conversam' entre si através de um processo de comunicação química chamado 'quorum sensing', no qual as bactérias atingem uma certa densidade e depois executar tarefas coletivamente, como genes expressos necessários para a bioluminescência ".

As qualidades que tornam as bactérias pintores dinâmicos - a capacidade de se multiplicar rapidamente e agir de forma síncrona - também as tornam, nas mãos de Danino, agentes ideais para a medicina. No verão passado, Danino, com o imunologista da Colômbia  Nicholas Arpaia  e um estudante de doutorado co-orientado, Sreyan Chowdhury, publicaram um artigo na  Nature Medicine  mostrando que, aproveitando o mecanismo de detecção de quorum,  eles poderiam programar bactérias para encolher tumores em ratos . 
Seus experimentos se concentraram no CD47, uma proteína que está presente na superfície de muitas células. Essa proteína, uma espécie de sinal de "não me coma", diz ao sistema imunológico que a célula é inócua, incentivando os glóbulos brancos a se moverem, pois não é necessária nenhuma ação do sistema imunológico. À medida que as células envelhecem, elas perdem o CD47, permitindo que o sistema imunológico elimine as células defeituosas, abrindo caminho para novas. Mas em uma célula cancerígena, o CD47 pode ser ativado erroneamente, plantando a bandeira "não me coma" e enganando o sistema imunológico a ignorar a malignidade. 

Danino e seus colegas queriam encontrar uma maneira de desligar o sinal CD47, evitando os efeitos colaterais da imunoterapia com anticorpos, uma forma de tratamento contra o câncer que reagrupa as defesas naturais do corpo. "Se você injetar o anticorpo CD47 na corrente sanguínea, verá uma redução nas contagens de glóbulos vermelhos ou plaquetas", diz Danino. “Isso é o que causa efeitos colaterais adversos.” Então, em vez disso, a equipe injetou bactérias geneticamente reprogramadas diretamente nos tumores - bactérias criadas para liberar, na hora, uma carga útil de anticorpos CD47.

Conseguir que as bactérias fizessem isso exigia uma solução pesada de problemas. Como as bactérias não podem produzir anticorpos complexos, Danino teve que direcioná-las para gerar proteínas mais simples, chamadas nanocorpos, que em massa poderiam estimular o sistema imunológico da mesma maneira. Usando DNA personalizado em seu laboratório e uma cepa não patogênica de E. coli(que vive em nossos intestinos), Danino criou o que chama de "cavalo de Tróia medicinal". Uma vez introduzidas em um tumor, as bactérias manipuladas começam a se replicar até atingirem um limiar mínimo (ou quorum) de densidade. Isso os aciona para estourar e descarregar os nanocorpos. Esses nanocorpos se ligam às proteínas CD47 do tumor, ocultando os sinais defeituosos de “não me coma” e permitindo que o sistema imunológico identifique e consuma as células ruins. Nas recentes experiências com ratos, os tumores encolheram. Danino está trabalhando na tradução dessa tecnologia para seres humanos e espera iniciar testes dentro de três anos. 

"Supernova", 2014, nas galerias públicas do Instituto Koch, Cambridge, Massachusetts.  Pelo engenheiro biomédico da Columbia Tal Danino.

Danino cresceu em Los Angeles, filho de imigrantes israelenses. Seu pai, que estudou engenharia elétrica, fomentou o amor por computadores, e sua mãe, uma artista, envolveu-o em projetos de arte - um dos favoritos era o barbear com giz de cera no papel, dobrar o papel, passar a ferro até que as aparas derretessem e depois abrindo o papel para revelar um padrão deslumbrante de floco de neve. Isso pressagiou seu interesse pelas figuras elaboradas feitas por bactérias e seus esforços para imitar e aumentar esses processos em seu laboratório. 

"A arte inspira muita ciência que fazemos", diz Danino. “Os artistas são realmente bons em explorar. No entanto, quando você escreve uma bolsa de ciências, deve ser o mais maluco possível para ser financiado. A arte não é assim: é mais subjetiva e menos metódica, mais baseada na intuição e na tentativa de idéias malucas. Essa mentalidade me permite pular na ciência e desenvolver a história à medida que avança. ” 

Danino, que é membro do Data Science Institute da Columbia , empreendeu suas primeiras tentativas de programar bactérias na escola de graduação da Universidade da Califórnia em San Diego, onde fundiu seu interesse em computadores e matemática com biologia. Ele ficou interessado no uso de micróbios para melhorar a saúde humana como pós-doutorado no MIT e começou a explorar maneiras de manipular geneticamente bactérias para tratar o câncer. Algumas de suas obras colaborativas daquela época estão em seu escritório. Para eles, Danino cultivou células cancerígenas em uma superfície plástica, que foi fotografada pelo artista brasileiro Vik Muniz. Uma dessas fotolitografias, HeLa Pattern 1 , mostra um desenho ornamentado composto pelas células cancerígenas de Henrietta Lacks, uma mulher afro-americana que morreu em 1951 e cujas células invulgarmente resistentes foram colhidas sem o seu consentimento. As células HeLa representam a linha celular humana "imortalizada" mais usada, o que significa que as células, devido a uma mutação, continuam se dividindo indefinidamente, tornando-as inestimáveis ​​para a ciência. "Praticamente todos os laboratórios do mundo que trabalham com câncer têm células HeLa", diz Danino. “Bilhões e bilhões de células, vivas e usadas hoje em dia para pesquisas.” 

A idéia de um organismo eterno nunca deixa de despertar a imaginação de Danino. Como as células de Lacks, as bactérias continuam se multiplicando: uma única bactéria pode se tornar milhões em poucas horas. Para Danino, as implicações também são infinitas. 

"Um corpo humano em decomposição causa mais vida aos microorganismos", diz ele. “Portanto, existe uma conexão interessante entre o nosso ciclo de vida e o das bactérias. Nossa vida útil é finita, mas as bactérias continuam se dividindo. Eles são imortais, de certa forma. É uma maneira diferente de pensar sobre a vida. ”

Este artigo aparece na edição impressa de inverno de 2019-20 da  Columbia Magazine  com o título "Arco-íris microbianos".