A caça por medicamentos ainda não descobertos no fundo do mar

Em 2009, Kerry McPhail desceu à la Jacques Cousteau em direção ao Vulcão Axial, dentro de um pequeno e abarrotado submarino de 30 anos de idade chamado Alvin, com um piloto e outro cientista. A 500 quilômetros da costa do estado de Oregon, nos Estados Unidos, eles coletaram poliquetas, tapetes de bactérias e bivalves vivendo próximos à abertura vulcânica. Essas amostras poderiam potencialmente apresentar novos componentes farmacêuticos e, por sua vez, novas curas químicas e antibióticos desesperadamente necessários que ainda não descobrimos.

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“Era outro mundo”, McPhail disse, “com incríveis formações de sulfureto”. Ela estava ocupada “ajudando o piloto a navegar entre eles, tentando ver onde estávamos e reconhecer pontos de referência”.

Os cientistas reconheceram que esqueceram de trocar seu purificador de dióxido de carbono por um novo, uma necessidade no meio de uma viagem de oito horas. “Nós não ficamos com dores de cabeça por causa de muito CO2 nem nada parecido, nós estávamos tão focados no que estávamos fazendo”, ela se lembra.

Depois de emergirem ao final do mergulho, eles ficaram boiando no submarino, quase de ponta-cabeça na superfície do oceano durante meia hora, esperando serem resgatados pelo navio que havia levado eles até lá, algo especialmente difícil nas águas agitadas. Mas eles conseguiram. “Foi a melhor experiência que eu já tive”, ela disse.

Fármacos vêm de todos os lugares. Hoje em dia, sintetizamos a maioria no laboratório, mas os produtos químicos de uma aspirina já vieram da casca de salgueiros. Insulina antes era derivada de animais ou do cártamo. Algumas pessoas colocam extrato de aloe vera em suas queimaduras.

Embora a natureza e a ciência tenham nos apresentado inúmeros medicamentos úteis para a medicina moderna, sempre está faltando alguma coisa. No momento, a humanidade está ficando sem antibióticos. As bactérias evoluem muito rápido, e qualquer veneno que joguemos em cima delas se torna inútil quando os poucos que não morreram se reproduzem depois de algumas gerações. E, obviamente, existem cânceres e doenças viróticas para as quais ainda não existem curas.

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Uma abertura de fumaça negra e poliquetas vermelhas na costa de Oregon, na Cordilheira Juan de Fuca. Foto: University of Washington; NOAA/OAR/OER.

Alguns pesquisadores esperam que uma fronteira completamente diferente possa conter uma cornucópia de moléculas jamais vistas para curar nossas enfermidades: as fontes hidrotermais no solo submarino onde a água flui entre rachaduras na rocha são aquecidas por magma e saem em fluxos de fumaça de torres rochosas que podem medir mais de 30 metros.

“Os metabolismos de organismos das fontes no mar profundo são tão diferentes na maneira como usam metais” em suas reações químicas produtoras de energia, McPhail, professora de farmacologia da Oregon State’s College, disse ao Gizmodo. “Os subprodutos certamente são moléculas diferentes do que temos nos biomas terrestres.”

McPhail é a líder de um esforço de “bioprospecção” para novas moléculas com aplicações farmacológicas no solo marinho ao redor de fontes hidrotermais. Ela espera achar uma quantidade imensa de produtos químicos dentro de criaturas exóticas, de bactérias a moluscos, vivendo em aberturas vulcânicas no fundo do mar, produtos químicos que podem um dia curar doenças ou serem úteis como antibióticos.

“Existem micróbios estranhos nas fontes de águas quentes de Yellowstone e outros lugares parecidos”, disse Bill Chadwick, professor da Oregon State University que trabalha no programa de interações mar-terra na National Ocean and Atmospheric Administration. “Mas no fundo do mar existem muitos mais. Fontes hidrotermais são um oásis de vida com formas de vida que não encontramos em nenhum outro lugar.”

“Fontes hidrotermais são oásis de vida com formas de vida que não encontramos em nenhum outro lugar.”

A noção de bioprospecção em geral, até mesmo a bioprospecção no solo do mar, existe há décadas, explicou David Butterfield, oceanógrafo do Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean, da Universidade de Washington. Ela tem recebido muita atenção, também, com muitas companhias investindo dinheiro e descobrindo componentes submarinos úteis. Esponjas do mar produzem substâncias contra a psoríase e até componentes anticancerígenos, por exemplo. Butterfield falou sobre caçar componentes com uma companhia chamada Diversa, em um cruzeiro de pesquisa, que eles estavam focados em descobrir novas enzimas, moléculas que ajudam o corpo a conduzir suas reações químicas. Butterfield estava procurando alguém que ajudasse de fato na caça a substâncias ao redor de fontes hidrotermais.

“Então Kerry apareceu”, ele contou. Os dois conversaram sobre isso em outubro de 2008. “Eu só queria ter certeza de que alguém faria isso e colocá-los em um navio para coletar o tipo de material que eles precisariam para começar esse tipo de pesquisa”, disse Butterfield. McPhail se tornaria a caçadora de medicamentos vulcânicos.

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O submarino Alvin. Foto: Expedition to the Deep Slope/NOAA/OER.

Times interdisciplinares de cientistas americanos financiados em parte pelo National Institutes of Health continuaram coletando amostras de aberturas em lugares como o Vulcão Axial, na Dorsal Mesoatlântica, em 2012, com pesquisadores descendo no Alvin ou operando o submarino controlado remotamente chamado Jason. A pesquisa tem se provado promissora.

Eles descobriram animais com algumas estranhas moléculas bioativas na Dorsal Mesoatlântica, como mexilhões com novos tipos de ceramidas, moléculas matadoras de células que podem ser úteis como drogas contra o câncer. Outras moléculas exóticas pareciam peptídeos, espécies de proteínas, mas menores e em formato de anel. Esses “peptídeos cíclicos” incluem outras moléculas como a droga imunossupressora ciclosporina e a famosa bacitracina.

Mas a presença de alguns componentes potencialmente empolgantes não significa que a medicina vulcânica já esteja pronta para despontar. A pesquisa produziu mais perguntas do que moléculas de espécies de bactérias que nenhum cientista havia visto antes. Mesmo depois dessas viagens, hoje, os cientistas estão apenas trabalhando em decodificar o que diabos eles encontraram e como convencer as bactérias a continuar com suas estranhas e novas disposições atômicas longe de seus lares de alta pressão.

A pesquisa produziu mais perguntas do que moléculas de espécies de bactérias que nenhum cientista havia visto antes.

“Foi difícil fazer as bactérias continuarem a produzir as moléculas”, disse McPhail. “Eles precisam dos metais ou pressão ou pouco oxigênio? Como conseguimos que elas façam esses componentes de novo? Eles precisam de outros organismos crescendo juntos na cultura?” Levou dois anos até o time de McPhail conseguir que alguns organismos que encontraram produzissem alguns componentes malucos de novo.

Uma combinação de cada campo da ciência, da física, à química, à biologia, à geologia, é necessária para explicar porque essas bactérias, camarões e mexilhões produzem suas misteriosas moléculas. Zonas de vulcões submarinos criam aberturas onde o calor da água chega a temperaturas muito altas, tão quentes que filtram componentes das rochas que compõem as aberturas. Um vulcão sobre a terra pode lançar componentes no ar, longe do alcance da maioria da vida terrestre. Mas as altas pressões do peso do oceano acima previnem que a água em volta das aberturas vulcânicas ferva, então as substâncias químicas continuam dissolvidas no que parece uma névoa negra. A vida nessas aberturas evoluiu para usar o calor e as substâncias químicas disponíveis para abastecer uma nova forma de vida, que não precisa de energia da luz solar como a vida terrestre.

Não só isso, mas a forma como as placas tectônicas e o solo marinho se movem pode mudar completamente os tipos de substâncias químicas e formas de vida ao seu redor. A maioria das aberturas vulcânicas que exploramos são de cordilheiras no meio dos oceanos, onde as placas tectônicas se afastaram. Mas na última década mais ou menos, os cientistas também começaram a explorar regiões de subducção, lugares onde a placa tectônica lentamente achata outra para baixo e a parte de baixo se recicla. “Esse ambiente é bem diferente geologicamente, quimicamente e biologicamente”, disse Chadwick. A água não vai tão fundo ou fica tão quente ou isolada, e existem muito mais gases do que no ambiente vulcânico. Chadwick não é químico ou biólogo, mas imaginou que essas zonas de subducção podem ser lar para um conjunto de comunidades biológicas parecidas com as das aberturas vulcânicas onde as placas estão se separando.

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Com todas essas oportunidades, a bioprospecção de fontes hidrotermais para novos fármacos ainda está na sua infância, mesmo que as pessoas venham falando sobre isso e sobre a bioprospecção de outras regiões dos oceanos há décadas. Obviamente, muitas companhias farmacêuticas estão fazendo patentes de moléculas nascidas no oceano, mas apenas uma pequena fração das espécies submarinas foi encontrada, de acordo com um relatório do Parlamento Europeu sobre bioprospecção de 2015, e quase todas as moléculas encontradas pela bioprospecção vem de águas mais rasas de fácil acesso. Em relação às aberturas, o grupo de McPhail está escrevendo um dos primeiros capítulos sobre o assunto, e cientistas conversaram sobre o tópico enquanto discutiam se deveríamos minerar o fundo do mar, no encontro desse ano da American Association for the Advancement of the Sciences. E, embora não-farmacêutico, outro grupo encontrou uma nova enzima construtora de DNA em um vírus achado em uma abertura vulcânica e a relatou no Proceedings of the National Academy of Sciences, no mês passado, destacando o quão pouco entendemos sobre a bioquímica acontecendo no fundo do mar.

Com qualquer tipo de mineração, até para algumas novas drogas exóticas do mar profundo, vêm preocupações sobre a viabilidade, custo e até sobre os impactos ambientais de retirar a vida marinha, mesmo que seja por uma boa causa. Comunidades de fontes hidrotermais têm se provado razoavelmente resistentes a mudanças naturais, mas não tiveram que lidar com impactos humanos, de acordo com uma análise publicada no Marine Environment Research. Humanos podem, sem intenção, depositar entulho próximo às aberturas durante a exploração, e a luz dos submarinos pode perturbar os ecossistemas. Os cientistas não sabem nem o que pode acontecer se companhias tentarem minerar as moléculas das aberturas, já que isso ainda não foi feito, de acordo com a pesquisa.

Esse tipo de trabalho também será custoso. Ainda não temos números de quanto pode custar a mineração das aberturas de mar profundo, mas criar 300 mg do composto halicondrina B de uma esponja de águas rasas custa a uma companhia neozelandesa US$ 500.000, de acordo com um relatório das Nações Unidas sobre bioprospecção publicado em 2005. Isso mostrou aos pesquisadores do relatório que a importância de inventar soluções sustentáveis quando moléculas úteis forem encontradas. Então surgem as questões de regulamentação: a Convenção das Nações Unidas para as Leis Marinhas, ou UNICLOS, controla a exploração de recursos do fundo do mar. O oceano ao redor de países pertence a esses países específicos, enquanto o solo oceânico fora dessas fronteiras é legalizado para qualquer um. Ainda assim, os países precisam “proteger e preservar o ambiente marinho”.

Nós podemos precisar começar a pensar nessas questões em breve. McPhail recentemente recebeu a informação de um oceanógrafo da Universidade de Washington de que pode haver financiamento para um veículo automático para substituir veículos remotamente operados e pilotados, na coleta de amostras do solo marinho. “Eu posso ficar sentada e ver em tempo real os dados serem coletados”, disse McPhail, e pode ser mais eficiente coletar essas amostras sem os cientistas precisarem ir a viagens subaquáticas.

Mas perder viagens oceânicas é uma mudança amarga. “É muito decepcionante”, ela disse. “Ser capaz de estar lá e dizer ‘nossa, tem uma coisa estranha que nunca vimos antes, será que podemos coletar?’ Essa parte da descoberta não será a mesma.” Provavelmente, não haverá mais missões ao estilo de A Vida Marinha com Steve Zissou até as exóticas profundezas oceânicas.

“Os nossos dias de visitar as aberturas vulcânicas provavelmente acabaram.”