Notícia

Pesquisa brasileira desenvolve software para descoberta de novos medicamentos a partir de produtos naturais

Fonte

CNPEM | Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais

Data

terça-feira, 18 junho 2024 19:25

Áreas

Bioinformática. Biologia. Bioquímica. Biotecnologia. Desenvolvimento de Fármacos. Engenharia Biológica. Indústria Farmacêutica. Microbiologia. Química Medicinal.

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) publicaram um artigo na revista científica ACS Analytical Chemistry apresentando o NP3 MS Workflow, um software de código aberto que pode ser usado por cientistas de todo o mundo na descoberta de novos medicamentos. 

O novo desenvolvimento visa acelerar a identificação e a anotação química de produtos naturais que possuem atividade biológica e podem ser chave para a descoberta de novos fármacos.

Para promover o mapeamento da química da biodiversidade, o software permite identificar rapidamente diferentes moléculas presentes em amostras de produtos naturais, que são misturas complexas de moléculas inicialmente desconhecidas. Além disso, o software consegue anotar estruturas químicas a moléculas conhecidas e distinguir moléculas já conhecidas e registradas em bases de dados e moléculas ainda inéditas.

O NP3MS Workflow também pode correlacionar moléculas da biodiversidade com dados de ensaios biológicos, apontando a molécula bioativa nas misturas complexas de produtos naturais. 

Produtos naturais e novos métodos de análise

Produtos naturais, ou metabólitos especializados, são conhecidos por terem dado origem a mais da metade de todos os medicamentos já desenvolvidos no mundo. Entretanto, apesar de cerca de 300 mil produtos naturais terem sido descobertos ao longo dos últimos 100 anos, grandes dificuldades técnicas ao pesquisá-los são impeditivas para que sejam integrados em processos modernos de descoberta de medicamentos. Os desenvolvimentos de métodos mais eficientes de análise são, portanto, muito relevantes para estes campos de estudo, acelerando novas descobertas e viabilizando o uso de produtos naturais em plataformas de descoberta atuais. 

O novo software usa a abordagem de metabolômica não direcionada, baseado em dados experimentais obtidos pela técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas (LC-MS/MS). Esta técnica é usada para separar e identificar diferentes componentes (moléculas) de uma mistura, mesmo que estejam em quantidades minoritárias e a mistura seja complexa – como extratos de plantas, bactérias e fungos por exemplo. 

Como apontou a Dra. Daniela Trivella, autora correspondente do artigo e pesquisadora do Laboratório Nacional de Biociências (LNBio) do CNPEM, “a técnica de LC-MS/MS é relativamente recente e que tem evoluído bastante nessa área de pesquisa com produtos naturais. Ela permite que você meça diretamente da amostra virtualmente todas as moléculas que estão lá. Este experimento é realizado de forma rápida, automatizada e miniaturizada.  Quantidades muito pequenas da amostra de produtos naturais, em misturas, são usadas – a gente injeta cerca de 1 microlitro de amostra no equipamento. Isso é muito benéfico para acessarmos a química da biodiversidade com mínimos impactos ambientais e de forma rápida.”  

Desafios computacionais

A facilidade de uso dessa técnica vem associada a um grande gargalo, que é o tratamento dos dados coletados. Apesar de ter havido bons desenvolvimentos na última década no aspecto computacional deste método de análise, muitos gargalos ainda eram encontrados para o tratamento dos dados coletados e definição sensível e precisa dos espectros de fragmentação e sua relação com as moléculas de fato presentes nas amostras complexas de produtos naturais.

Por exemplo, em uma única análise, uma mesma molécula pode ser detectada múltiplas vezes (múltiplos íons), gerando múltiplos espectros de fragmentação. Consequentemente, uma análise de uma amostra que contém milhares de moléculas resulta em um número de ordens de magnitude maior de espectros coletados. 

Do ponto de vista operacional, era necessário o uso de múltiplos softwares e conversão de arquivos, e muita atividade manual e tempo de um especialista para a extração dos espectros com certa precisão a partir do conjunto de dados. Desta forma, o emprego da metabolômica não direcionada baseada em LC-MS/MS para a pesquisa com produtos naturais estava limitada à análise de poucas amostras por vez.

“O NP3MS Workflow foi idealizado para facilitar o uso da metabolômica não direcionada em diversas disciplinas, mantendo o rigor científico e os limites do método de LC-MS/MS, empregando da melhor forma possível os dados gerados a partir de um experimento de LC-MS/MS. O software usa os próprios dados gerados no experimento para correlacionar as m/z [relações entre massa e carga] detectadas, em um dado tempo de retenção cromatográfico, com os espectros de fragmentação. Além disso, a informação do ruído da medida também é utilizada nas análises. O NP3MS Workflow faz a aferição e alinhamento de diferentes amostras de forma automática e com muita precisão. Ele consegue separar o ruído muito bem e manter espectros, mesmo que minoritários, no conjunto de dados. E isso é muito relevante para essa área, afinal, os compostos mais novos e que ainda não conhecemos são geralmente minoritários”, explicou a Dra. Daniela Trivella. 

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do CNPEM.

Fonte: CNPEM. Imagem: Freepik.

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