Algoritmo inspirado na evolução dá origem a código genético criado em computador – Jornal da USP
O estudo do código genético pode contribuir futuramente na produção de proteínas específicas importantes para as áreas biológica e farmacológica
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Lariza Laura de Oliveira e seu orientador, Renato Tinós – Foto: Gabriela Vilas Boas
Para explicar a evolução do código genético, pesquisadores da USP de Ribeirão Preto criaram em computador códigos genéticos semelhantes ao considerado padrão ou canônico (aquele quase universal e presente na maioria dos seres vivos). A diferença do código criado no Departamento de Computação e Matemática (DCM) da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP, é que a metodologia leva em consideração vários fatores ao mesmo tempo.
Lariza Laura de Oliveira, responsável pela pesquisa, conta que esses métodos buscam explicações para o processo evolutivo dos seres vivos, já que o código genético é um tema que intriga bastante os cientistas por uma questão a ser respondida: ele é fruto do acaso ou de um processo evolutivo?
Exemplificando os métodos, Lariza imagina um recipiente contendo bolinhas, representando todos os possíveis códigos, sendo cada bolinha um possível código genético. Há uma bolinha com um código idêntico ao genético e, nas outras, códigos melhores e piores. Pela grande quantidade, "seria impossível analisar uma a uma todas as bolinhas", garante.
Então, desenvolveram um algoritmo de otimização baseado na evolução natural. "Algoritmo é um conjunto de instruções, como uma receita de bolo para o computador executar. No problema do código genético, o algoritmo desenvolvido tenta evoluir soluções por meio de mecanismos inspirados na evolução natural", comenta Lariza.
A pesquisadora diz que é como desvendar os ingredientes de um bolo pronto e para o qual não se tem a receita. E temos que fazer um bolo o mais semelhante possível ao original. Essa é uma visão simplificada do que o algoritmo tenta fazer, "ele tenta obter um código próximo ao original, ou semelhante, utilizando os ingredientes que consideramos mais importantes" (veja ilustração).
Lariza usa o exemplo da robustez para mostrar como desenvolveu uma função matemática que simula essa característica do código. A robustez do código "previne que mutações gerem alterações na composição das proteínas. Minha metodologia consistiu em procurar por propriedades importantes que pudessem ser utilizadas nessa função de robustez e fazer um algoritmo que as considerassem simultaneamente", diz.
"Podemos pensar na robustez do código como um edifício bem construído." Se ele é forte e suporta chuvas e ventos, ele é robusto, e consegue manter suas características (propriedades), mesmo em condições adversas, como uma tempestade. O mesmo acontece com o código genético que, mesmo em condições adversas (mutações), é robusto de forma a prevenir uma boa parte das alterações nas proteínas.
Códigos dão pistas da evolução genética
Depois de utilizar muitas funções matemáticas e fazer o algoritmo para otimizá-las, a pesquisadora chegou então aos códigos que buscava. Ela afirma que obteve "códigos mais similares ao padrão, comparando com o que se tem feito hoje nessa área". Garante ainda que seus resultados dão pistas de como o código evoluiu para o que é hoje. Lariza acredita que, em futuro próximo, poderá estudar os códigos que gerou para analisar a possibilidade de criar vida através deles.
O orientador de Lariza, professor Renato Tinós, da FFCLRP, lembra que "o estudo do código genético pode ajudar no desenvolvimento de novos códigos sintéticos, que podem ser utilizados na produção de proteínas específicas que sejam importantes para alguma área biológica e farmacológica". Tinós diz que é como se "utilizássemos uma maquinaria semelhante à que encontramos nas células" e, com esses códigos, os cientistas poderão "fabricar" proteínas de interesse farmacológico, por exemplo.
Por enquanto, a equipe conseguiu gerar códigos no computador, ainda não foram testados in vitro. Mas eles podem ser sintetizados artificialmente e "funcionar biologicamente". Para isso, os estudos com os códigos genéticos criados continuam no laboratório do professor Tinós. Lariza analisa as características e, principalmente, as diferenças com o código padrão.
Segundo Tinós, existem outras equipes trabalhando na mesma linha de pesquisa, entretanto, "nosso maior diferencial foi utilizar mais de uma propriedade ao mesmo tempo, faz mais sentido biológico".
A tese de doutorado Auto-Organização em Algoritmos Evolutivos Aplicados na Investigação da Adaptabilidade do Código Genético foi apresentada em novembro do ano passado à FFCLRP.