p A doença de Alzheimer resulta de um empilhamento disfuncional de moléculas de proteína que formam longas fibras dentro das células cerebrais. Empilhamento semelhante ocorre na anemia falciforme e na doença da vaca louca. p Os cientistas sabem que essas fibras ordenadas se desenvolvem a partir de uma ampla variedade de moléculas, mas poderia haver uma razão comum para eles se formarem?

p Em uma nova pesquisa, físicos da Universidade de Chicago e da Université Paris-Saclay sugerem que essas fibras proteicas são uma manifestação de um princípio físico geral. E esse princípio oferece a possibilidade de novos medicamentos e ferramentas para a engenharia de estruturas proteicas desejáveis. As descobertas foram publicadas no início deste mês em Física da Natureza .

p "Temos fortes evidências de que existe um princípio que molda a forma como as coisas se agregam, que pode ser usado tanto para entender a doença e modificá-la, quanto para fazer as coisas se montarem da maneira que ditamos, "disse o co-autor Thomas Witten, o Homer J. Livingston Professor Emérito de Física na UChicago.

p As proteínas se agregam o tempo todo. Mas, principalmente, eles formam bolhas amorfas semelhantes às da sopa de gotas de ovo. "Estamos tentando descobrir o que faz algumas moléculas se reunirem para formar uma fibra em vez de uma massa, "Witten disse.

p As proteínas que formam as fibras são idênticas, mas irregulares; eles não se encaixam perfeitamente. Witten e seu colaborador Martin Lenz, um pesquisador da Université Paris-Saclay, se perguntou se essa irregularidade poderia ser a chave para a formação de fibras. Usando computadores, Lenz, autor principal do estudo, desenvolveu um modelo matemático para simular como objetos idênticos, mas inadequados, se agrupariam. Ele usou pentágonos e outros polígonos simples para representar o irregular, proteínas formadoras de fibras.

p "Não tínhamos laboratório e tubos de ensaio. Só tínhamos essas pequenas formas, "Witten disse.

p Os pesquisadores fizeram a interação dos polígonos depender de apenas dois atributos sem incorporar quaisquer outras características das moléculas reais. Como em uma fibra real, todas as subunidades são idênticas e irregulares. Eles também são o que Witten chama de "pegajosos" - eles se atraem, mas não sentem a atração até se tocarem. Eles "querem" tocar, e eles ganham energia se o fizerem. Mas porque as formas não se encaixam perfeitamente, "suas superfícies não podem tocar e sentir a viscosidade e obter essa energia a menos que distorçam, "Witten disse.

p Sua tendência é alongar-se o máximo possível para maximizar a quantidade de sua superfície que está em contato. "Mas a distorção custa-lhes energia, "Witten disse." Eles têm que exercer forças para fazer com que as superfícies se encontrem. Portanto, há uma competição entre a energia obtida pela colagem e o custo da energia da distorção. "

p As simulações feitas por Lenz incorporaram essa competição. As formas podem se fixar em qualquer superfície. Os cientistas variaram o grau de aderência em relação ao custo de energia da distorção para cada forma e observaram as várias estruturas que se formaram na faixa de valores. Os resultados foram impressionantes:independentemente da forma que usaram, quando a viscosidade e o custo de energia da distorção eram mais ou menos iguais, eles têm fibras todas as vezes.

p Um recurso adicional era necessário para formar as fibras. O crescimento precisava ser irreversível, com todas as superfícies que grudavam precisando ficar presas. Sem esse recurso irreversível, frequentemente visto em moléculas reais, as fibras longas acabariam por derreter em bolhas arredondadas.

p A pesquisa difere da abordagem adotada por cientistas que estudam as doenças causadas pelas fibras protéicas. "Eles trabalharam muito nas particularidades das moléculas envolvidas, e há ideias fortemente defendidas sobre como esses detalhes fazem com que as fibras se formem, "Lenz disse.

p "Estamos dizendo, 'Você não precisa de uma molécula específica:é um princípio geral.' Eles são céticos sobre isso, mas apesar de seu ceticismo, eles reconhecem que nossa ideia merece ser ouvida, "Witten disse.

p Até aqui, Lenz e Witten tentaram apenas uma pequena variedade de formas em duas dimensões. Eles planejam tentar ver se o princípio é verdadeiro para formas arbitrárias, em três dimensões, e abstrair a essência do que está acontecendo nas simulações.

p "Queremos ter uma teoria que preveja coisas que possamos verificar no computador, uma teoria que não usa recursos específicos de um formato de partícula em particular, mas apenas usa a viscosidade e a distorção, "disse Witten." Podemos ser capazes de prevenir a vaca louca e as fibras da célula falciforme, se entendermos este princípio. E devemos ser capazes de usar o princípio para fazer fibras quando elas forem benéficas. Basta colocar a aderência certa, coloque a distorção certa, ajuste tudo e obtenha as fibras que desejamos. "