Bioinformática auxilia a ciência brasileira no combate à Covid-19

Desde o início da pandemia, cientistas brasileiros de diversas áreas estão pesquisando sobre o novo coronavírus. Estes profissionais se mobilizaram rapidamente para realizar pesquisas a fim de entender os aspectos gerais da doença, realizar o diagnóstico, buscar tratamentos e vacinas. Atualmente, devido a necessidade de resultados rápidos para melhor entender à Covid-19 e até mesmo encontrar uma cura para a doença, pesquisadores têm usado rotineiramente a Bioinformática em seu favor.

As técnicas computacionais utilizadas em Bioinformática diminuem o tempo e os custos financeiros da pesquisa e aceleram a obtenção de resultados experimentais in vitro e in vivo, já que elas facilitam a organização dos dados e auxiliam na escolha dos alvos ou hipóteses a serem testados na bancada. Além disso, a Bioinformática pode ser realizada de forma remota, oferecendo a possibilidade de continuação dos trabalhos em tempos de pandemia e resguardando a saúde dos cientistas que optaram por essa área.

Nesta matéria descrevemos alguns dos trabalhos em Bioinformática realizados por pesquisadores brasileiros e a infraestrutura computacional que o Brasil possui para ajudar no combate à pandemia.

Os supercomputadores no Brasil

Outro fator que ajuda na agilidade do processamento de grande volume de dados em Bioinformática é a existência dos supercomputadores — computadores com altíssima velocidade de processamento e grande capacidade de memória. O poder de processamento dos supercomputadores vem aumentando bastante desde os anos 90, o que torna possível realizar atividades massivamente paralelas, nas quais muitos cálculos e simulações são realizados ao mesmo tempo. A agilidade nesses processos contribui para pesquisas que têm por objetivo encontrar, por exemplo, medicamentos que possam se ligar às proteínas virais e a busca por vacinas.

Dentre os 500 supercomputadores mais potentes do mundo, três são brasileiros: Santos Dumont, Fênix e Ogbon. Esses são os maiores supercomputadores do país e também da América Latina.

O Santos Dumont está instalado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), em Petrópolis-RJ e atua como nó central do Sistema Nacional de Processamento de Alto Desempenho (SINAPAD). É o maior supercomputador Brasileiro com capacidade para processar 5,1 quatrilhões de operações por segundo. Está envolvido em cerca de 150 projetos de pesquisas, que incluem temas como petróleo e gás, vírus da ZIKA e dengue e desenvolvimento de drogas contra o HIV.

O Fênix é o segundo melhor supercomputador do Brasil e é utilizado pela Petrobras (localizada em Vargem Grande-RJ) para processamento de dados geofísicos. É responsável por diminuir em até quatro vezes o tempo de processamento de dados geofísicos, que contribuem, por exemplo, para a identificação de áreas com acúmulo de petróleo.

O Ogbon ocupa a terceira posição e está instalado no Centro de Supercomputação do Senai Cimatec, em Salvador (BA). Ele é também financiado pela Petrobras e utilizado principalmente em pesquisas aplicadas de geologia, geofísica, engenharia de reservatórios e outros setores ligados à exploração de óleo e gás.

A Petrobras, responsável pelos três supercomputadores citados acima, está direcionando parte da capacidade de processamento do Santos Dumont e Ogbon para colaborar com pesquisas de combate ao coronavírus. Um dos projetos em colaboração é o Folding@home, que é coordenado por pesquisadores do departamento de Química da Universidade de Stanford (EUA). O projeto realiza estudos sobre o comportamento do coronavírus e a evolução da doença, utilizando dados de interação das proteínas virais e já ajudou a identificar, por exemplo, a estrutura da proteína que conecta o Covid-19 às células humanas.

Um outro projeto em potencial envolve o uso de técnicas de inteligência artificial (deep learning) para auxiliar a diferenciar uma pessoa com uma gripe normal de uma pessoa com o coronavírus através do Raio-X. O projeto é uma parceria entre a PUC-Rio e o Senai-Cimatec e possui o potencial de desenvolver um teste mais rápido e barato que uma tomografia ou um exame de sangue PCR, por exemplo.

Bioinformática em pesquisas brasileiras sobre Covid-19

Diante da pandemia, pesquisas nessa área são a prioridade de muitos laboratórios de pesquisa no Brasil, como é o caso do estudo coordenado pelo Biólogo Gustavo Fioravanti da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que pode indicar pistas para o desenvolvimento de vacinas e ainda ajudar a entender a causa de algumas pessoas terem reações mais leves à Covid-19. O cientista analisou as variantes de SARS-CoV-2 que ocorrem ao redor do mundo, comparando-as com as linhagens anteriores de coronavírus e utilizou inteligência artificial para selecionar os melhores alvos (mais informações).

Outro grande desafio enfrentado em decorrência do novo coronavírus são os testes de diagnóstico para Covid-19, que se destacaram na atual pandemia como uma ferramenta essencial para rastrear a propagação da doença. A partir das informações das sequências genéticas identificadas, testes de diagnóstico baseados na detecção da sequência viral por reação em cadeia da polimerase com transcriptase reversa (RT‐PCR) logo se tornaram disponíveis, permitindo a confirmação do diagnóstico e melhores estimativas da atividade da infecção. A fim de aprimorar a otimização e eficiência dos protocolos de PCR, os pesquisadores Daniel Lanza, João Paulo Lima e Selma Jerônimo da Universidade Federal do Rio Grande do Norte estão conduzindo um estudo que pode ajudar na especificidade dos testes de detecção da Covid-19 por meio do desenho de_ primers _universais que permitem identificar várias variantes do vírus (mais informações).

Ainda nesse sentido, cientistas, sob a coordenação de Túlio de Oliveira, desenvolveram vários aplicativos de informática, Genome Detective Coronavirus Typing Tool (Ferramenta de Detecção e Genotipagem de Coronavírus) e disponível na internet, que permite à pesquisadores de várias partes do mundo identificar e descrever diferentes tipos de genomas virais em questão de minutos.

Além desses exemplos, vale lembrar e ressaltar que foi com o auxílio de novas tecnologias de sequenciamento associado à utilização de Bioinformática que os primeiros 19 genomas do novo coronavírus de pacientes de Minas Gerais, Rio de Janeiro, Goiás, Rio Grande do Sul e São Paulo foram sequenciados no tempo recorde de 48 horas, ampliando a cobertura nacional da vigilância genômica viral.

Em uma busca rápida (realizada em 01 de junho de 2020) por artigos acadêmicos publicados no último ano (2019/2020) no Google _acadêmico, ao utilizarmos os termos de busca “Covid-19” e “Bioinformatics” obtivemos como resultados 1.540 artigos científicos. Ao acrescentarmos à busca o termo “Brazil_” foram reportados 351 resultados, o que representa mais de 22% dos artigos relacionados à Bioinformática e ao Covid-19 publicados pelo mundo. Estes números certamente estão superestimados e necessitam de uma melhor curadoria, mas demonstram um cenário otimista sobre a aplicação da Bioinformática pela ciência brasileira ou sobre o envolvimento dos pesquisadores ou dos dados gerados por instituições brasileiras nas pesquisas pelo mundo.

A Bioinformática vem disponibilizando ferramentas para estudos de várias doenças, que permitem identificar e caracterizar diferentes genomas de coronavírus e que auxiliam na celeridade no desenvolvimento de novos testes diagnósticos, medicamentos e vacinas. As pesquisas em Bioinformática realizadas no Brasil ou por brasileiros vêm contribuindo consideravelmente com o conhecimento acerca do vírus e no desenvolvimento de soluções criativas e inteligentes nas diferentes demandas dos procedimentos clínicos. A Bioinformática ainda se mostra compatível com o trabalho remoto, que vem sendo amplamente adotado durante a pandemia. O momento se mostra como um convite quase irrecusável para experimentar e/ou aprofundar na interdisciplinaridade oferecida pelos diversos temas da Bioinformática.

Referências:

http://www.canalciencia.ibict.br/ciencia-em-sintese1/especial-covid-19/350-bioinformatica-como-ferramenta-no-combate-ao-novo-coronavirus

https://mbio.asm.org/content/mbio/11/2/e00722-20.full.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7167054/

http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_content&view=article&id=88531:pesquisadores-utilizam-bioinformatica-para-entender-reacoes-do-corpo-a-covid-19&catid=225

https://www.ulbra.br/canoas/imprensa/noticia/28691/veja-como-a-bioinformatica-pode-ajudar-a-encontrar-a-cura-para-a-covid-19

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMcibr2007042

https://www.medicina.ufmg.br/ufmg-participa-do-sequenciamento-de-19-genomas-do-coronavirus/

https://sdumont.lncc.br/machine.php?pg=machine

https://nossaenergia.petrobras.com.br/pt/sustentabilidade/mobilizamos-supercomputadores-para-colaborar-com-pesquisas-de-combate-ao-covid-19/?gclid=Cj0KCQjwwr32BRD4ARIsAAJNf26t6rc2uIPeDlpXg5dHAXvpskOXFBBgsqlWfwde2BSDJTNW7wpuQwaArZNEALwwcB

https://www.tecmundo.com.br/produto/150280-brasil-tem-3-supercomputadores-entre-poderosos-mundo.htm