{"id":1258,"date":"2010-04-21T12:58:08","date_gmt":"2010-04-21T15:58:08","guid":{"rendered":"http:\/\/ipevs.org.br\/?p=1258"},"modified":"2011-05-18T07:22:42","modified_gmt":"2011-05-18T10:22:42","slug":"a-bioinformatica-avanca","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/ipevs.org.br\/?p=1258","title":{"rendered":"A bioinform\u00e1tica avan\u00e7a"},"content":{"rendered":"

Com uma placa de v\u00eddeo e um processador, aluno de mestrado da UnB consegue fazer compara\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica entre cromossomos do homem e do macaco mais rapidamente do que a obtida por 4.096 processadores<\/p>\n

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Respostas sobre a origem da esp\u00e9cie humana podem vir de outros lugares que n\u00e3o os laborat\u00f3rios de biologia. Gra\u00e7as a uma \u00e1rea que vem ganhando cada vez mais espa\u00e7o – a bioinform\u00e1tica – e \u00e0 contribui\u00e7\u00e3o de especialistas das ci\u00eancias exatas, os cientistas conseguem se aprofundar cada vez mais no estudo das c\u00e9lulas e DOS genes do homem.<\/p>\n

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Uma das mais recentes inova\u00e7\u00f5es veio da Universidade de Bras\u00edlia (UnB). Edans de Oliveira Sandes, 25 anos, aluno do mestrado em ci\u00eancia da computa\u00e7\u00e3o, testou um novo m\u00e9todo para a compara\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica entre toda a sequ\u00eancia dos cromossomos 21 do homem e 22 do chimpanz\u00e9.<\/p>\n

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O estudante utilizou uma placa de v\u00eddeo de cerca de R$ 1 mil acoplada a um processador comum para atingir maior desempenho na compara\u00e7\u00e3o e obteve um resultado surpreendente: a an\u00e1lise foi feita em 21 horas. A orientadora do mestrado de Edans, professora Alba Cristina Melo, estima que seriam necess\u00e1rios 4.096 processadores trabalhando durante 24 horas para atingir o mesmo resultado – ou 64 processadores funcionando durante um m\u00eas.<\/p>\n

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O grande diferencial da t\u00e9cnica desenvolvida na UnB \u00e9 que ela permite a compara\u00e7\u00e3o da sequ\u00eancia integral dos dois cromossomos. Hoje, a an\u00e1lise gen\u00e9tica de qualquer ser vivo depende de computadores potentes e muita mem\u00f3ria, uma vez que a quantidade de dados em cada gene \u00e9 astron\u00f4mica. Por conta disso, muitos cientistas utilizam apenas partes dos cromossomos para fazer seus estudos. Essa ferramenta \u00e9 chamada de m\u00e9todo heur\u00edstico.<\/p>\n

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“O m\u00e9todo heur\u00edstico \u00e9 utilizado na maior parte dos chamados projetos genoma. Mas existe outro m\u00e9todo mais exato e que d\u00e1 uma solu\u00e7\u00e3o melhor ainda. O problema \u00e9 que essa t\u00e9cnica n\u00e3o est\u00e1 difundida, porque gasta muito tempo e muita mem\u00f3ria de processamento”, esclarece a professora Alba.<\/p>\n

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A ideia do projeto surgiu em 2008, quando Alba fazia p\u00f3s-doutorado na Universidade de Ottawa, no Canad\u00e1. Ela leu um artigo publicado na revista Nature, quatro anos antes, sobre a similaridade entre o cromossomo 21 do homem e o 22 do chimpanz\u00e9. Na \u00e9poca, pesquisadores do Jap\u00e3o, da China, da Alemanha e dos Estados Unidos utilizaram o m\u00e9todo heur\u00edstico para fazer a an\u00e1lise. “A\u00ed eu pensei: ‘Por que n\u00e3o tentar o estudo da sequ\u00eancia completa?'”, conta a professora.<\/p>\n

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O desafio foi aceito por Edans Sandes, que j\u00e1 havia trabalhado com computa\u00e7\u00e3o de alto desempenho quando cursava a gradua\u00e7\u00e3o. O estudante, ent\u00e3o, aplicou o tal m\u00e9todo pouco difundido, o algoritmo de Smith-Waterman, proposto em 1981. Edans levou cerca de seis meses para executar as instru\u00e7\u00f5es na placa de v\u00eddeo.<\/p>\n

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“At\u00e9 pouco tempo atr\u00e1s, esse algoritmo havia sido usado apenas em processadores normais. H\u00e1 cerca de cinco anos, por\u00e9m, come\u00e7aram os testes em placas de v\u00eddeo”, explica o jovem.<\/p>\n

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A placa GPU – sigla para Graphics Processing Unit (unidade de processamento de v\u00eddeo) – tem sido muito utilizada na computa\u00e7\u00e3o de alto desempenho, porque os modelos atuais t\u00eam, pelo menos, 200 n\u00facleos de processamento.<\/p>\n

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“Hoje, a gente j\u00e1 fala em duo core, quad core, que seriam dois ou quatro n\u00facleos de processamento na CPU do computador. O interessante da placa de v\u00eddeo \u00e9 que ela j\u00e1 tem uma grande quantidade de cores”, detalha o mestrando.<\/p>\n

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Edans utilizou um modelo de 240 n\u00facleos. Outros pesquisadores j\u00e1 usaram placas GPU em projetos parecidos com esse, mas nunca para a an\u00e1lise de sequ\u00eancias longas – caso dos cromossomos 21 do homem e 22 do chimpanz\u00e9. O 21 do homem possui 46,9 milh\u00f5es de bases e o do macaco, 32,7 milh\u00f5es. O c\u00e1lculo da matriz entre os dois d\u00e1 um n\u00famero gigantesco de mais de 12 petabytes.<\/p>\n

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Espelho dos primatas<\/p>\n

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A primeira fase da pesquisa de Edans mostrou que os dois cromossomos t\u00eam 83% de similaridade, o que faria deles cromossomos hom\u00f3logos. Segundo o professor F\u00e1bio Pittella, do Instituto de Biologia da UnB e especialista em genoma humano, a express\u00e3o indica que muitas informa\u00e7\u00f5es presentes no cromossomo 22 do macaco est\u00e3o tamb\u00e9m no 21 do homem. Esse cromossomo \u00e9 um dos menores da cadeia gen\u00e9tica e foi o primeiro a ser sequenciado no projeto genoma humano.<\/p>\n

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“Em ci\u00eancia, a gente sempre procura facilitar o estudo das coisas. Por ele ser um dos menores, \u00e9 um dos mais utilizados em pesquisas”, explica Pittella.<\/p>\n

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Os cientistas ainda n\u00e3o mapearam completamente o cromossomo 22 do chimpanz\u00e9, mas j\u00e1 foram encontradas m\u00e1-forma\u00e7\u00f5es parecidas com as do cromossomo 21. No homem, quando h\u00e1 a trissomia do 21 – o cromossomo, ao inv\u00e9s de se duplicar, \u00e9 triplicado – ocorre a S\u00edndrome de Down. Pesquisas com primatas identificaram indiv\u00edduos com essa mesma trissomia no cromossomo 22 e caracter\u00edsticas semelhantes \u00e0s de Down.<\/p>\n

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Na segunda fase do projeto, que deve terminar at\u00e9 julho deste ano, Edans Sands pretende obter o alinhamento completo dos dois cromossomos. Isso servir\u00e1 para que os cientistas identifiquem exatamente as partes similares e, assim, possam determinar quais caracter\u00edsticas s\u00e3o intrinsecamente humanas. Seria uma forma de entender como ocorreu a evolu\u00e7\u00e3o do homem.<\/p>\n

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“Minha ideia \u00e9 desenvolver, at\u00e9 o fim do mestrado, uma ferramenta que possa ser usada pelos bi\u00f3logos para fazer compara\u00e7\u00f5es desse tipo com mais rapidez”, explica o estudante da UnB. Edans tamb\u00e9m espera melhorar o desempenho da placa GPU. “Conseguimos o resultado da an\u00e1lise em 21 horas com um modelo comum. Dentro de um ou dois anos, essas placas estar\u00e3o ainda mais desenvolvidas e poderemos reduzir o prazo da compara\u00e7\u00e3o”, planeja o jovem.<\/p>\n

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A professora Alba, orientadora do mestrado de Edans, j\u00e1 apresentou o projeto em uma confer\u00eancia de computa\u00e7\u00e3o na \u00cdndia. Tamb\u00e9m fez duas palestras sobre o tema, uma na Fran\u00e7a e outra na Alemanha. Ela e Edans, no entanto, ainda n\u00e3o encontraram bi\u00f3logos especializados no assunto para fazer a an\u00e1lise dos resultados.<\/p>\n

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“O problema \u00e9 que, na biologia, eles trabalham com organismos espec\u00edficos. Existem bi\u00f3logos que estudam cada cromossomo do homem e do macaco, exclusivamente”, comenta Alba.<\/p>\n

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Mesmo sem esse retorno, a professora afirma que a intera\u00e7\u00e3o entre biologia e ci\u00eancia da computa\u00e7\u00e3o vai gerar muitas descobertas nos pr\u00f3ximos anos. Colega de Alba, a professora Maria Em\u00edlia Walter \u00e9 doutora em bioinform\u00e1tica. Ela aposta que os cientistas da computa\u00e7\u00e3o podem sugerir novos caminhos de pesquisa para as ci\u00eancias da vida.<\/p>\n

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“N\u00f3s desenvolvemos ferramentas para juntar os dados por eles coletados e apresentar uma an\u00e1lise completa do ponto de vista computacional”, explica. “E isso tende a crescer cada vez mais, inclusive com a coopera\u00e7\u00e3o de outras \u00e1reas, como a farm\u00e1cia, a medicina, a qu\u00edmica e a f\u00edsica”, exemplifica.<\/p>\n

(Carolina Vicentim)<\/p>\n

(Correio Braziliense, 19\/4)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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