p As conversas com o físico Ralf Jungmann exigem muita concentração. Ele segue em um ritmo escaldante por um mundo que é inconcebivelmente minúsculo, um mundo que, de acordo com as leis da ótica, não é diretamente acessível nem mesmo aos melhores microscópios de luz. É também o microcosmo no qual os processos biológicos estão em casa. Seus habitantes são os metabólitos e macromoléculas cujas interações determinam o curso e os limites de nossas vidas - e ainda sabemos muito pouco sobre isso. p Mas a ambição de Ralf Jungmann é trazer todas as máquinas moleculares da célula para o alcance da microscopia de luz, tarefa que o leva inevitavelmente às fronteiras do fisicamente viável. Junto com sua equipe de 11 membros, Jungmann, que acaba de ser nomeado para um cargo de professor na LMU, está desenvolvendo um chamado microscópio de super-resolução para aplicações biomédicas, que é projetado para criar imagens de estruturas celulares com o auxílio de técnicas de marcação baseadas em DNA. O projeto recebeu financiamento de programas de bolsas altamente seletivos administrados pela Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e pelo Conselho Europeu de Pesquisa (ERC).

p O campo da microscopia de super-resolução tornou-se bastante lotado nos últimos anos, e muito foi alcançado que parecia impossível não há muito tempo. Jungmann (35) recita as siglas das novas técnicas que surgiram, de STED, Microscopia STORM e PALM para o fascinante microscópio Lattice Light Sheet, que varre as células sistematicamente nível por nível. Enquanto o ouvinte se pergunta como essas várias abordagens diferem, Jungmann comenta com uma risada:"Em princípio, são todos muito semelhantes entre si. "Em momentos como este, percebe-se que essa familiaridade espontânea é o produto de trabalho árduo e raciocínio árduo - visto que se está lidando com métodos que estão na vanguarda da tecnologia atual. Menos de 2 anos atrás, em 2014, o físico Stefan Hell, em Göttingen, dividiu o Prêmio Nobel de Química com os americanos Eric Betzig e William E. Moerner. Todos os três encontraram maneiras de contornar o limite de difração clássico e aumentar o nível de resolução da microscopia óptica em até 10 vezes. Desde então, eles estenderam o limite ainda mais, na região nanométrica.

p A arte de criar padrões

p "Meu objetivo é aumentar a resolução da microscopia de fluorescência combinando-a com ferramentas do mundo da nanotecnologia de DNA, como origami de DNA, para preparar sondas fluorescentes altamente específicas, "Jungmann explica. Desta forma, pode-se atingir um nível de resolução que permite visualizar estruturas no nível molecular. 'Origami de DNA' é outro termo que continua aparecendo nas nanociências. Por analogia com a palavra japonesa que empresta, refere-se à arte de criar padrões e estruturas tridimensionais - não a partir de uma folha de papel, mas de um conjunto de filamentos de DNA.

p Para entender sistemas biológicos complexos, deve-se ser capaz de explorar o nanomundo. Contudo, microscópios de luz convencionais não podem penetrar neste reino, porque a lei da difração óptica restringe a resolução a estruturas com dimensões em torno de 200 nanômetros (nm). Isso impede a localização subcelular das proteínas que fornecem os catalisadores, receptores e suportes estruturais essenciais para a função celular, já que muitas proteínas têm apenas alguns nm de diâmetro. “Quero desenvolver tecnologias que nos ajudem a resolver problemas biológicos, "Jungmann diz." Meu objetivo é visualizar centenas na resolução mais alta possível - não, milhares - dos componentes nas células, se proteínas, genes ou moléculas de RNA. E eu quero tornar a técnica tão simples que um laboratório normal em qualquer lugar do mundo possa usá-la. "

p Esses são objetivos elevados, mas Jungmann fez progressos consideráveis ​​para realizá-los. Como estudante e pós-doutorado, ele recebeu vários prêmios e bolsas, do Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico e da Fundação Humboldt. Ele desenvolveu um interesse pelo nanomundo ao escrever sua tese de Diploma (sobre os efeitos da tensão na estrutura fina do osso humano) na Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, quando ele se deparou com um artigo do pesquisador americano Paul Rothemund. O estudo descreveu como fitas de DNA com sequências definidas podem ser usadas para se automontar em padrões e figuras do tamanho de nanômetros, incluindo o smiley icônico. "Achei absolutamente fascinante." Jungmann voltou para a Alemanha e se juntou ao Laboratório de Nanotecnologia de DNA liderado por Friedrich Simmel, Professor de Bioeletrônica na Universidade Técnica de Munique (TUM). "Fomos pioneiros na técnica de origami de DNA na Alemanha, ", diz ele. Jungmann logo percebeu que as ferramentas do mundo do origami poderiam ser utilizadas para microscopia. Com sua experiência recém-adquirida, ele voltou aos Estados Unidos para ingressar em Harvard.

p Placas de ensaio moleculares

p O origami de DNA fornece um método para a construção de nanoestruturas que podem servir como estações de encaixe - como os orifícios em uma placa de ensaio eletrônica - para moléculas como agentes fluorescentes que podem ser visualizados por microscopia. Jungmann agora está se concentrando no desenvolvimento de novas etiquetas fluorescentes, cujas características de emissão podem ser rigidamente controladas e diferenciadas - tudo a serviço de uma resolução óptica crescente. "A decisão de voltar para Munique e especificamente para LMU foi fácil, ", diz ele." As universidades e os institutos Max Planck (MPIs) oferecem as condições ideais para a pesquisa. "Seu currículo parece um modelo de planejamento cuidadoso, e conta uma história de sucesso. Ele é cofundador de uma empresa nos Estados Unidos, e detém uma dúzia de patentes - um recorde impressionante para um homem de 35 anos. "Parece um mar de rosas em retrospecto, mas, na verdade, muito dependeu de encontros acidentais e decisões baseadas no instinto. "Mas então, seguindo seus instintos na escolha de laboratórios onde se pode aprender algo novo, e reconhecer tendências que prometem se tornar "ciência do foguete" ou simplesmente oferecer um ambiente estimulante para o trabalho em equipe é, em si, uma espécie de plano.

p Jungmann atualmente lidera um Grupo de Pesquisa Emmy Noether Junior na Faculdade de Física da LMU, e o MPI para Bioquímica em Martinsried. Ele recentemente ganhou um dos subsídios iniciais altamente dotados concedidos pelo ERC, e um subsídio de um milhão de euros da Fundação Max Planck. Uma visita ao seu laboratório no MPI sugere que esse dinheiro está sendo bem gasto. Aqui se encontra o microscópio óptico com a resolução mais alta - 5 nm - atualmente alcançável em qualquer lugar do mundo. É basicamente um microscópio de fluorescência clássico, mas com modificações inovadoras projetadas e construídas pelo grupo de Jungmann. Laser, espelhos, objetivas e câmeras vêm de fontes comerciais, mas seus colegas de trabalho são responsáveis ​​pela concepção geral do instrumento. Este é um dos motivos pelos quais a colaboração interdisciplinar em equipes bem integradas é tão importante. "Podemos nos mover mais rapidamente porque a comunicação é mais simples e a coordenação mais fácil - e cometemos menos erros porque temos especialistas para todos os detalhes, "Jungmann explica. Fatores como esses ajudam a explicar como alguém pode fazer um progresso tão rápido:as ideias são trocadas livremente e podem ser avaliadas e implementadas rapidamente. Jungmann pertence a uma nova geração de pesquisadores na Alemanha que aprenderam a trabalhar como membros de redes Essas estruturas transparentes e cooperativas substituíram os sistemas hierarquicamente organizados e voltados para o interior do passado.

p Jungmann aprendeu como essa abordagem pode ser produtiva quando ingressou no laboratório liderado por William Shih e Peng Yin no Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia da Harvard Medical School, em Boston. O Instituto emprega especialistas em todas as disciplinas relevantes, de engenheiros mecânicos a biólogos e cientistas da computação. E esse é o modelo que ele mesmo estabelece para seus alunos de doutorado e mestrado. Por exemplo, ele gastou 30, 000 euros em uma versão mais simples de seu microscópio recorde exclusivamente para uso deles - projetado por um de seus alunos de doutorado. "Ele desce para 20 nm, "ele diz." Nada mal para um trabalho faça-você-mesmo.

p Depois de passar pela fábrica de Harvard

p Três de seus alunos de doutorado fizeram o mestrado sob sua supervisão quando ele ainda estava em Harvard. Isso amplia sua rede de contatos internacionais, "e ter passado com sucesso pela fábrica de Harvard é uma recomendação em si, "acrescenta. Esses alunos de pós-graduação agora formam o núcleo experiente de sua equipe, algo que nem mesmo o melhor líder de grupo pode prescindir. Isso também significa que ideias para projetos nunca faltam. Jungmann tem grandes esperanças para seus códigos de barras de DNA, que pode ser direcionado a uma infinidade de proteínas específicas e sequências de RNA, servindo como marcadores inequívocos para cada um. Esses marcadores são equipados com corantes fotoativáveis ​​que, dependendo de sua estrutura precisa, pisca e apaga por períodos mais curtos ou mais longos, e com intensidades sintonizáveis. "Nosso método é mais simples do que todos os outros modos de microscopia de super-resolução, "Jungmann afirma - e ele está pensando aqui não apenas na imagem de células individuais, mas também em grupos de células em tecidos. Na verdade, é possível observar e analisar centenas de células ao mesmo tempo usando curtas, fitas de DNA marcadas com corante como faróis altamente específicos.

p Os fundos disponibilizados pelo Programa Emmy Noether e pelo Subsídio Inicial ERC, juntos valem cerca de 3,5 milhões de euros, fornecer-lhe a oportunidade de perseguir seu sonho pelos próximos anos. Além disso, A LMU agora oferece aos bolsistas iniciantes do ERC cargos de professor (W2) e Jungmann está entre os primeiros a lucrar com o esquema. Em 1º de agosto ele se tornou Professor de Imagem Molecular e Bionanotecnologia. "Isso me dá um certo grau de segurança, embora não garanta que mais tarde irei obter uma cadeira acadêmica, "diz ele. O seu trabalho será revisto dentro de 5 anos." E isso é, claro, mais um incentivo para mim, "acrescenta - com um sorriso.