Como o poder da proteína está sendo descoberto

A Light Gas Gun da Universidade de Kent é um dispositivo pesado que, para mim, parece mais um torno do que uma arma.

Apesar de sua aparência pesada, a arma pode disparar projéteis a uma velocidade de 1,5 km por segundo, ou cerca de 3.500 mph, quase o dobro da velocidade de uma bala.

Hoje está carregada com um pedaço de rocha basáltica, um pouco menor que uma ervilha, que será jateada em um gel muito especial.

O gel é feito da proteína talina - ou pelo menos uma versão da proteína que foi refinada e ajustada para dar a ela uma capacidade extraordinária de absorver impactos, como estamos prestes a descobrir.

Somos conduzidos para fora da sala de armas e, após uma rápida contagem regressiva, o operador da arma, Luke Alesbrook, aperta o botão, acionando a arma.

De volta para dentro, a fumaça sai do cano da arma quando o alvo é removido. Na inspeção, o gel foi empurrado um pouco, mas, surpreendentemente, ainda está intacto.

O importante é que a placa de metal atrás do gel não seja danificada. Sem o gel, o basalto teria arrancado um pedaço da placa.

Talin pode absorver força graças a propriedades mecânicas únicas. Sua estrutura inclui espirais de aminoácidos - os blocos de construção das proteínas - que formam feixes. Quando puxados, os feixes se desenrolam, aumentando o comprimento da proteína por um fator de 10.

Quando a tensão é liberada, os feixes voltam à sua posição original, como uma mola.

O professor Ben Goult elaborou a estrutura do talin e como ele responde às forças e, com sua colega, a professora Jennifer Hiscock, eles tiveram a ideia de transformar o talin em um material de absorção de choque.

"Eu literalmente entrei no escritório de Ben e ele estava falando sobre sua proteína maravilhosa. E eu disse que tínhamos que fazer um colete à prova de balas - é isso que temos que fazer", diz ela.

A partir de 2016, sua equipe desenvolveu uma maneira de unir as proteínas talin em uma rede - como uma rede com uma capacidade quase semelhante a um desenho animado de se esticar e se recuperar.

Tem sido um longo caminho para o professor Goult, que está envolvido em trabalhar as propriedades mecânicas do talin e sua estrutura desde 2005.

"Não foi fácil. Levou uma equipe de seis de nós durante quatro anos para descobrir a estrutura da proteína da talina e outros quatro anos para descobrir como a talina respondia à força", diz ele.

As proteínas são moléculas complicadas de decifrar. Eles são constituídos por uma cadeia de aminoácidos, um pouco como contas em uma corda. Existem 20 aminoácidos naturais diferentes - ou grânulos - portanto, há um número desconcertante de maneiras pelas quais eles podem se combinar.

Tradicionalmente, trabalhar essas estruturas era feito usando microscopia eletrônica e cristalografia de raios-X, um processo que poderia levar anos.

Mas nos últimos anos a inteligência artificial (IA) revolucionou o processo, prevendo as estruturas de centenas de milhões de proteínas.

Um evento importante ocorreu em novembro de 2020, quando o AlphaFold teve o melhor desempenho no CASP 14, uma avaliação a cada dois anos em que diferentes programas de computador preveem a estrutura das proteínas.

O AlphaFold não apenas superou os sistemas rivais, mas também previu a estrutura das proteínas com um nível de precisão muito além de seus rivais.

"Foi muito louco", diz Kathryn Tunyasuvunakool, que ajudou a desenvolver o AlphaFold, junto com outros da DeepMind, com sede em Londres, a divisão de IA da Alphabet, empresa controladora do Google.

"Sabíamos que tínhamos resultados muito bons internamente entrando naquele CASP. Mas não estava claro se outras pessoas teriam resultados semelhantes. Acho que foi uma surpresa para nós ver o quão grande o margem foi comparada a outros grupos", diz a Sra. Tunyasuvunakool.

Essa versão do AlphaFold - AlphaFold2 - era tão boa que, na próxima competição, todas as equipes com melhor desempenho usaram versões dela.

Graças ao AlphaFold e seus descendentes, o banco de dados de estruturas de proteínas passou de algumas centenas de milhares para centenas de milhões.

Para cientistas e pesquisadores, principalmente no desenvolvimento de medicamentos, isso é uma pechincha. Proteínas com estruturas que parecem promissoras para determinados usos, como a ligação a uma célula cancerígena, podem ser identificadas mais rapidamente do que nunca - o ritmo da pesquisa foi acelerado.