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Uma nova era de exploração espacial
Quer uma lembrança do quão incrivelmente vasto é o nosso universo? As primeiras fotos do Telescópio espacial James Webb são de tirar o fôlego. Este é o telescópio tecnicamente mais avançado e poderoso já criado, e os aprendizados que ele nos proporciona sobre nosso universo levarão a futuras missões e explorações para as próximas gerações. Recentemente, a mais nova missão à lua foi lançada. O Artemis Program, da NASA, abrirá caminho para uma futura missão a Marte. Esta nova era de exploração espacial impulsionará avanços tecnológicos em campos além da astronáutica e estimulará o progresso em aplicações do mundo real, como materiais, ciências alimentares, agricultura e até cosméticos.
Um marco nas previsões de IA
Há décadas, a comunidade científica busca uma maior compreensão das relações entre as funções das proteínas e as estruturas 3D. Em julho de 2022, a Deep Mind revelou que a estrutura 3D dobrada de uma molécula de proteína pode ser prevista a partir da sua sequência linear de aminoácidos usando os algoritmos AlphaFold2, RoseTTAFold e trRosettaX-Single. As previsões dos algoritmos reduziram o número de proteínas humanas com dados estruturais desconhecidos de 4.800 para apenas 29. Embora a IA nunca esteja livre de desafios, a capacidade de prever estruturas de proteínas pode influenciar todas as ciências da vida. Os principais desafios para o futuro incluem a modelagem de proteínas com propriedades desordenadas intrínsecas e aquelas que alteram estruturas por modificações pós-traducionais ou condições ambientais. Além da modelagem de proteínas, os avanços da IA continuam a remodelar os fluxos de trabalho e expandir os recursos de descoberta em muitos setores e disciplinas.
Desenvolvimento de tendências em biologia sintética
A biologia sintética tem o potencial de redefinir as vias sintéticas por meio de sistemas biológicos modificados (ou seja, microrganismos, para os quais uma grande parte do genoma ou todo o genoma foi projetado ou manipulado) para fabricar uma variedade de biomoléculas e materiais, como terapêuticos, sabores, tecidos, alimentos e combustíveis. Por exemplo, insulina que poderia ser produzida sem o uso de pâncreas de porco, couro sem gado e seda de aranha sem aranhas. O potencial para as ciências da vida já é inacreditável, mas, quando aplicada às indústrias de manufatura, a biologia sintética pode minimizar os desafios futuros da cadeia de suprimentos, aumentar a eficiência e criar novas oportunidades para biopolímeros ou materiais alternativos com abordagens mais sustentáveis. Atualmente, as equipes usam de modelagem metabólica baseada em IA, ferramentas CRISPR e circuitos genéticos sintéticos para controlar o metabolismo, manipular a expressão gênica e construir caminhos para a bioprodução. À medida que essa disciplina começa a influenciar vários setores, os mais recentes desenvolvimentos e tendências emergentes para controle metabólico e desafios de engenharia são apresentados em um artigo do Journal of Biotechnology de 2022.
A grande promessa da metabolômica de célula única
Embora muito progresso tenha sido feito no sequenciamento e mapeamento genético, a genômica apenas nos diz do que uma célula é capaz. Para ter uma melhor compreensão das funções celulares, abordagens proteômicas e metabolômicas oferecem diferentes ângulos para revelar perfis moleculares e vias celulares. A metabolômica de célula única fornece um panorama do metabolismo celular dentro de um sistema biológico. O desafio é que os metabolomas mudam rapidamente e a preparação da amostra é fundamental para entendermos a função celular. Coletivamente, uma série de avanços recentes em metabolômica de célula única (de técnicas de código aberto, algoritmos avançados de IA, preparações de amostras e novas formas de espectrometria de massa) demonstra a capacidade de executar análises espectrais de massa detalhadas. Isso permite que os pesquisadores determinem a população de metabólitos célula por célula, o que forneceria um enorme potencial para diagnósticos. No futuro, isso pode levar à capacidade de detecção de até mesmo uma única célula cancerígena em um organismo. Combinado com novos métodos de detecção de biomarcadores, dispositivos médicos vestíveis e análise de dados assistida por IA, esse conjunto de tecnologias melhorará os diagnósticos e a vida em geral.
Novos catalisadores permitem a produção de fertilizantes mais ecológicos
Todos os anos, bilhões de pessoas dependem de fertilizantes para a produção contínua de alimentos. Reduzir a pegada de carbono e as despesas na produção de fertilizantes reformularia o impacto que a agricultura tem sobre as emissões. O processo Haber-Bosch para a produção de fertilizantes converte nitrogênio e hidrogênio em amônia. Para reduzir os requisitos de energia, os pesquisadores da Tokyo Tech desenvolveram um catalisador de nitreto livre de metais nobres contendo um metal de transição cataliticamente ativo (Ni) em um suporte de nitreto de lantânio que é estável na presença de umidade. Uma vez que o catalisador não contém rutênio, ele pode ser uma opção barata para reduzir a pegada de carbono da produção de amônia. O suporte La-Al-N, juntamente com os metais ativos, como níquel e cobalto (Ni, Co), produziu NH3 em taxas semelhantes aos catalisadores convencionais de nitreto, feitos de metal. Saiba mais sobre a produção sustentável de fertilizantes no nosso artigo mais recente.
Avanços na medicina de RNA
Embora a aplicação de mRNA em vacinas contra covid-19 tenha atraído muita atenção, a verdadeira revolução da tecnologia de RNA está apenas no início. Uma nova vacina contra a gripe com mRNA modificado por nucleosídeo multivalente foi desenvolvida recentemente. Essa vacina tem o potencial de criar proteção imunológica contra qualquer um dos 20 subtipos conhecidos do vírus influenza, protegendo contra futuros surtos. Muitas doenças genéticas raras são o próximo alvo das terapias de mRNA. Muitas vezes, elas não contêm uma proteína vital e podem ser curadas pela substituição de uma proteína saudável por meio da terapia de mRNA. Além das terapias de mRNA, o pipeline clínico tem muitos candidatos terapêuticos de RNA para várias formas de câncer e doenças sanguíneas e pulmonares. O RNA é altamente direcionado, versátil e facilmente customizado, sendo aplicável a uma grande variedade de doenças. Saiba mais sobre o pipeline clínico movimentado e as tendências emergentes em tecnologias de RNA no nosso relatório mais recente do CAS Insights.
Transformação esquelética acelerada
No âmbito da química sintética, o desafio de trocar com segurança um único átomo em uma estrutura molecular ou inserir e excluir átomos individuais de um esqueleto molecular tem sido formidável. Embora muitos métodos tenham sido desenvolvidos para funcionalizar moléculas com substituintes periféricos (como a ativação de C-H), um dos primeiros métodos para realizar modificações de átomo único nos esqueletos de compostos orgânicos foi desenvolvido pelo grupo de Mark Levin, na University of Chicago. Isso permite a clivagem seletiva da ligação N-N dos núcleos pirazol e indazol para fornecer pirimidinas e quinazolinas. O desenvolvimento adicional de métodos de edição esquelética permitiria uma rápida diversificação de moléculas comercialmente disponíveis, o que poderia levar a descobertas muito mais rápidas de moléculas funcionais e candidatos ideais a medicamentos.
Os avanços na regeneração de membros
Estima-se que a perda de membros afetará mais de 3,6 milhões de indivíduos por ano até 2050. Por muito tempo, os cientistas acreditaram que a maior chave para a regeneração dos membros fosse a presença de nervos. No entanto, o trabalho feito pelo Dr. Muneoka e sua equipe demonstrou a importância da carga mecânica para a regeneração dos dedos em mamíferos e que a ausência de um nervo não inibe a regeneração. O avanço da regeneração de membros também foi alcançado por pesquisadores da Tufts University, que usaram a administração aguda de múltiplas drogas por meio de um biorreator vestível, para permitir a regeneração bem-sucedida de membros em sapos no longo prazo. Esse sucesso inicial poderia levar a avanços maiores e mais complexos na reengenharia de tecidos para humanos, eventualmente beneficiando veteranos militares, diabéticos e outros afetados por amputação e trauma.
A fusão nuclear gera ainda mais energia líquida com a ajuda da ignição
A fusão nuclear é o processo que alimenta o sol e as estrelas. Durante décadas, a ideia de replicar a fusão nuclear na Terra como fonte de energia, em teoria, poderia suprir todas as necessidades energéticas futuras do planeta. O objetivo é forçar os átomos leves a colidirem com tanta força que eles se fundem e liberam mais energia do que a consumida no processo. No entanto, superar a repulsão elétrica entre os núcleos positivos requer altas temperaturas e pressões. Uma vez superada a pressão, a fusão libera grandes quantidades de energia, o que também deve impulsionar a fusão dos núcleos próximos. Tentativas anteriores de iniciar a fusão usaram campos magnéticos fortes e lasers poderosos, mas não conseguiram gerar mais energia do que consumiram.
Pesquisadores da instalação de ignição do Lawrence Livermore National Laboratory relataram que a equipe foi capaz de iniciar a fusão nuclear, que criou 3,15 megajoules de energia a partir do laser de 2,05 megajoules usado. Embora este seja um avanço monumental, a realidade de uma usina de fusão nuclear funcional alimentando nossas redes ainda pode levar décadas para acontecer. Os obstáculos à implementação são imensos (escalabilidade, segurança da instalação, energia necessária para gerar o laser, subprodutos desperdiçados etc.) e devem ser resolvidos antes que qualquer coisa se concretize.
