Mais de 112, 5 milhões de doações de sangue são coletadas a cada ano em todo o mundo - mas a maioria dessas contribuições é inutilizável para alguns dos pacientes mais necessitados.
Conteúdo Relacionado
- Um robô pode um dia desenhar seu sangue
- O primeiro banco de sangue aberto há 80 anos hoje
As transfusões de sangue devem coincidir com o tipo sanguíneo de um doador em relação ao do receptor; caso contrário, o sistema imunológico do receptor poderia atacar o sangue estranho, causando doença grave. Hoje, cientistas do 256º Encontro Nacional e Exposição da American Chemical Society relatam novos e promissores passos no sentido de hackear este sistema, usando enzimas bacterianas derivadas do microbioma intestinal para converter tipos sangüíneos restritivos em sangue mais universal.
Existem quatro tipos principais de sangue: AB, A, B e O, distinguidos pelos açúcares que os glóbulos vermelhos carregam em sua superfície, chamados antígenos.
AB é o colecionador egoísta do grupo, portando o antígeno A e o antígeno B. Com todo o seu brilho, o sangue AB só pode ser transfundido em outros com o tipo sanguíneo AB - mas as pessoas que têm sangue AB são receptores universais. Os tipos sanguíneos A e B carregam apenas um dos dois antígenos, respectivamente, e as pessoas com esses tipos sanguíneos só podem receber sangue que não tenha o outro açúcar.
Ó sangue, por outro lado, é o mártir nu que não tem os açúcares que decoram seus irmãos. Seu estado comparativamente estéril torna uma presença amigável em quase todos os ambientes imunológicos, e o sangue do tipo O - o doador universal do grupo - está em constante demanda.
Para atender à necessidade desproporcional de sangue universal, os bancos e centros de doação estão constantemente atentos a esses doadores desejáveis. Mas mesmo que cerca de 40% da população seja do tipo O, os estoques parecem sempre aquém do esperado, em parte porque o sangue armazenado tem uma vida útil relativamente curta. Nos últimos anos, os cientistas começaram a experimentar a geração do tipo O no laboratório - sintetizando os glóbulos vermelhos a partir do zero ou cortando os açúcares ofensivos do sangue AB, A e B.
No ano passado, um grupo de pesquisadores liderado por Jan Frayne fez enormes progressos com a antiga estratégia, infectando uma linha de precursores de células vermelhas do sangue com genes cancerígenos para provocá-los a se reabastecerem ad infinitum . No entanto, esta técnica está longe de entrar na clínica - as células sintéticas ainda não foram totalmente avaliadas quanto à segurança, e o custo de encher apenas uma bolsa de sangue com esses análogos permanece astronômico.
Por outro lado, a conversão de tipos sanguíneos tem sido um trabalho em andamento há décadas. Essa estratégia é especialmente atraente porque pode criar sangue mais universal e evitar que doações mais difíceis sejam desperdiçadas.
Em 1982, um grupo de pesquisadores deu os primeiros passos promissores na conversão artificial de tipos sanguíneos. Usando uma enzima isolada de grãos de café verdes não torrados, eles cortaram os antígenos B dos glóbulos vermelhos, criando efetivamente o sangue tipo O que poderia ser transfundido em pacientes humanos. Mas a enzima do café teve suas desvantagens. Por um lado, era meticuloso, exigindo um conjunto muito específico de condições para trabalhar - o que significava colocar o sangue na campainha antes que pudesse ser usado. Mesmo quando a configuração experimental era justa, a enzima era lenta e ineficiente, e os pesquisadores precisaram usar doses para ver o efeito.
Ainda assim, a descoberta da enzima do café sinalizou para o resto do mundo que a conversão do sangue era possível - e, mais importante, as ferramentas necessárias provavelmente já existiam na natureza.
No início dos anos 2000, uma apreciação pela imensa diversidade de enzimas no reino bacteriano havia começado a emergir, e os pesquisadores começaram a se transformar em micróbios para suas necessidades de corte de açúcar. Em 2007, pesquisadores relataram a descoberta de duas enzimas bacterianas que, em combinação, foram capazes de hackear os açúcares A e B das células sangüíneas. A enzima que cortou os antígenos B do sangue foi mil vezes mais eficiente que a enzima do café de 35 anos antes. Mas a enzima que alvejou um antígeno produziu resultados ligeiramente mais moderados, exigindo uma dose de enzima muito alta para ser prática.
Várias equipes de pesquisadores, desde então, tentaram aproveitar o poder dos micróbios para "não querer" o sangue. Mas há alguns anos, Peter Rahfeld e Stephen Withers, bioquímicos da Universidade da Columbia Britânica, decidiram recorrer a um recurso ainda inexplorado: a microbiota intestinal - a abundante comunidade de micróbios laboriosos que vivem no intestino humano.
Como se vê, “os micróbios intestinais são profissionais na quebra de açúcares”, segundo Katharine Ng, que estuda o microbioma intestinal na Universidade de Stanford, mas não participou desse trabalho. Proteínas amareladas revestem a parede do intestino - e alguns desses açúcares elaborados lembram os mesmos antígenos A e B encontrados nas células sangüíneas. Além disso, muitos micróbios intestinais extraem esses açúcares retirando-os do revestimento intestinal.
“Fiquei empolgado quando descobri isso [queria dizer que poderíamos] usar micróbios para encontrar novas [ferramentas]”, diz Rahfeld. “Eles já estão todos em nossas entranhas, apenas esperando para serem acessados. Há muito potencial.
Até agora, a maior parte da busca por novas máquinas de conversão de sangue envolveu testes meticulosos de enzimas bacterianas conhecidas, uma a uma. Muitos membros da microbiota intestinal agora podem ser cultivados em ambientes laboratoriais - mas não em todos. Para capturar todo o potencial das enzimas bacterianas no intestino, Rahfeld e Withers escolheram uma técnica chamada metagenômica.
Com metagenômica, os cientistas podem reunir uma comunidade de micróbios - como aqueles em uma amostra fecal - e simplesmente estudar o DNA em massa . Mesmo que as bactérias não sobrevivam bem fora do corpo humano, seu DNA é muito mais resistente, e ainda pode dar aos pesquisadores uma noção de quais enzimas cada micróbio é capaz de produzir. "[Metagenômica] uma maneira de obter um instantâneo de todo o DNA [no intestino humano] em um ponto no tempo", explica Rahfeld.
Depois de isolar os genomas bacterianos das fezes humanas, Rahfeld e seus colegas quebraram o DNA em pequenos pedaços e os colocaram em E. coli, uma linhagem comum de bactérias que podem ser facilmente manipuladas para expressar genes estranhos, como aqueles que codificam enzimas. Os pesquisadores testaram cerca de 20.000 diferentes fragmentos de material genético contra proxies de açúcar simples, mimetizando os antígenos A e B; os candidatos que passaram neste primeiro ciclo de triagem foram então expostos a análogos mais complicados que se assemelhavam mais ao sangue humano.
No final, a equipe ficou com 11 possíveis enzimas que eram ativas contra o antígeno A e uma contra o antígeno B - incluindo uma enzima extraordinariamente promissora que era 30 vezes mais eficaz contra o antígeno A do que a descoberta em 2007. Incentivadoramente, a nova enzima era um trabalhador de baixa manutenção, capaz de atuar em uma variedade de temperaturas e concentrações de sal - o que significa que as células do sangue poderiam ser convertidas sem comprometer os aditivos.
Quando os pesquisadores testaram a poderosa nova enzima contra o sangue humano do tipo A, os resultados foram os mesmos - e apenas uma quantidade diminuta da proteína foi necessária para limpar o sangue dos açúcares ofensivos. Além disso, os pesquisadores ficaram emocionados ao descobrir que poderiam combinar sua nova enzima, ativa contra o sangue tipo A, com enzimas previamente descobertas que cortam antígenos B. Ao consolidar décadas de trabalho, a equipe agora tinha as ferramentas para converter eficientemente o sangue AB, A e B em O. universalmente aceito.
"Funcionou lindamente", diz Jay Kizhakkedathu, professor de química do Centro de Pesquisa do Sangue da Universidade da Colúmbia Britânica, que está colaborando com Rahfeld e Withers em seus estudos.
Os pesquisadores agora estão testando suas enzimas em maior escala. No futuro, a Withers planeja usar ferramentas genéticas para consertar sua nova enzima para aumentar ainda mais seu poder de aparar. Eventualmente, a equipe espera que essa tecnologia de conversão de sangue possa ser um dos pilares dos hospitais, onde a necessidade de sangue tipo O é sempre terrível.
Mesmo com resultados tão promissores, as enzimas conversoras de sangue descobertas até agora são apenas a ponta do iceberg, diz Zuri Sullivan, imunologista da Universidade de Yale que não participou da pesquisa. Dada a imensa diversidade encontrada nos microbiomas intestinais de indivíduos diferentes, o rastreamento de mais doadores e outras comunidades bacterianas poderia produzir resultados ainda mais estimulantes.
"A premissa aqui é realmente poderosa", diz Sullivan. "Há um recurso genético inexplorado nos [genes] codificados pelo microbioma intestinal."
É claro que a segurança continua sendo a principal preocupação daqui para frente. Modificar células humanas, mesmo com enzimas naturais, é um negócio complicado. Até agora, Rahfeld e Withers relatam, tem sido bastante trivial lavar as enzimas após o tratamento - mas os pesquisadores terão que ter certeza de que todos os vestígios de suas enzimas são removidos antes que o sangue possa ser transfundido em um paciente doente.
Isso ocorre em parte porque os antígenos do açúcar aparecem em inúmeras células em todo o corpo, explica Jemila Caplan Kester, microbiologista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Embora a enzima deste estudo pareça ser bem precisa no direcionamento dos antígenos nas células do sangue, sempre há uma pequena chance de que ela possa causar algum dano se uma pequena quantidade passar pelas rachaduras. Além disso, o sistema imunológico do receptor também pode reagir a essas enzimas bacterianas, interpretando-as como sinais de um ataque infeccioso. No entanto, Kizhakkedathu acredita que tal cenário é provavelmente improvável, já que nossos corpos supostamente já estão expostos a essas enzimas no intestino.
“Mesmo com todas essas considerações, há mais problemas que talvez [não podemos antecipar] - vamos vê-los quando realmente testamos [o sangue em um corpo real]”, diz Kester. "O corpo humano muitas vezes encontra maneiras de fazer [nossos experimentos] não funcionar."
Além disso, a ciência da tipagem sanguínea vai muito além dos antígenos A e B. Uma outra incompatibilidade comum ocorre quando o antígeno Rh é considerado. A presença ou ausência de Rh é o que torna o tipo sanguíneo de alguém “positivo” ou “negativo”, respectivamente - e somente o sangue negativo pode entrar em receptores positivos e negativos.
Isso significa que, apesar do poder do sistema de Rahfeld e Withers, ele não pode gerar sangue verdadeiramente universal todas as vezes. E como o antígeno Rh é na verdade uma proteína, não um açúcar, um conjunto totalmente diferente de enzimas terá que ser explorado para criar o tipo de sangue universal mais amplamente aceito: O negativo.
Ainda assim, a técnica da equipe tem um imenso potencial - e não apenas para a clínica. De acordo com Ng, uma melhor compreensão dessas enzimas bacterianas também poderia lançar luz sobre a complexa relação entre os seres humanos e os micróbios que vivem dentro de nossos corpos. Na verdade, os cientistas ainda não entendem completamente o propósito por trás da presença desses antígenos nas células do sangue - muito menos no revestimento de nossos intestinos. Mas as bactérias estão a par desse conhecimento há milênios - e vêm evoluindo para se aproveitar delas, diz Ng, e aprender mais sobre esses micróbios poderia responder a perguntas que os seres humanos ainda não pensaram em fazer.
Enquanto isso, Withers está simplesmente satisfeito em ver o progresso em qualquer direção. "É sempre surpreendente quando as coisas funcionam bem", reflete ele com uma risada. "Isso dá esperança de que você deu um salto real adiante."
