Você provavelmente já ouviu falar sobre a Genômica, Transcriptômica, Proteômica e Metabolômica, não é? Essas ciências ômicas referem-se a um grupo de áreas do conhecimento em ciências biológicas, que utilizam abordagens sistemáticas e de larga escala para estudar as moléculas que compõem as células, tecidos e organismos. A essência dessas ciências está na capacidade de coletar e analisar grandes volumes de dados, revelando padrões complexos que não seriam detectáveis por métodos tradicionais. Ou seja, essas disciplinas permitem a compreensão profunda dos processos biológicos e a identificação de novos alvos para tratamentos médicos, desenvolvimento de biomarcadores e muito mais avanços na biotecnologia.
Nesse contexto, a Venômica, como uma nova ciência ômica, aplica essas abordagens sistemáticas ao estudo dos venenos. Neste texto, o Profissão Biotec vai explorar a definição, o escopo, técnicas utilizadas e as aplicações dessa área fascinante.
Do que os venenos são constituídos?
Uma única gotinha de veneno pode ter a mais ampla influência em um sistema biológico – é o fluido mais potente da natureza.
Apenas 0,03 miligramas, que corresponde ao tamanho de um grão de sal, da toxina da aranha armadeira (Phoneutria nigriventer) é suficiente para causar efeitos significativos em humanos. Essa quantidade pode induzir sintomas como intensa dor local, paralisia espástica, disfunção autonômica, convulsões e até priapismo (ereção prolongada).
Para comparação, a toxina presente no veneno dessa aranha é cerca de 30 vezes mais potente que o cianeto, substância extremamente tóxica. A especificidade com que os venenos podem atingir certos receptores celulares ensina formas de aplicar esse poder para fins terapêuticos mais eficazes e com menos efeitos colaterais.
Os venenos são compostos por uma diversidade de toxinas que variam conforme o organismo produtor, e na natureza apresentam função de defesa, predação e competição intraespecífica . As principais categorias de moléculas encontradas nos venenos incluem:
- Proteínas e Enzimas: muitas toxinas são proteínas complexas que podem interferir em processos biológicos críticos no organismo-alvo. Por exemplo, temos aqui as fosfolipases, proteases e neurotoxinas.
- Peptídeos: pequenas cadeias de aminoácidos que podem atuar rapidamente sobre os sistemas nervoso e cardiovascular, bem como peptídeos antimicrobianos (AMPs).
- Outras Moléculas Bioativas: incluem nucleotídeos, lipídios, aminas biogênicas e compostos orgânicos variados, como o ácido fórmico presente em peçonhas de formigas.
Esquema Gráfico da comparação VENENOS e PEÇONHAS. #ParaTodosVerem: arte gráfica com 2 colunas principais de texto. A coluna da esquerda com coloração laranja é sobre o veneno, com sua definição principal e característica de envenenamento, abaixo da coluna está a imagem de cogumelos como representante de organismos venenosos. A coluna da direita de coloração verde é sobre peçonha, com sua definição principal e característica de envenenamento, abaixo da coluna está a imagem de uma serpente como representante de organismos peçonhentos. Fonte: imagem de autoria própria criada no Canva e utilizando o banco de imagens da plataforma.
Venômica: o que é? Como é?
A venômica, campo de estudo em rápido desenvolvimento, tem cativado a comunidade científica com a promessa de descobertas revolucionárias e avanços sem precedentes em biotecnologia.
Por definição, a venômica é a ciência que faz o estudo sistemático dos venenos produzidos por organismos venenosos e peçonhentos, incluindo cobras, aranhas, escorpiões e criaturas marinhas. Esses venenos, antes vistos apenas como substâncias mortais, agora são reconhecidos como um tesouro de compostos bioativos com potencial para aplicações médicas e farmacêuticas.
O veneno do escorpião, por exemplo, tem atraído significativa atenção devido à sua diversidade de proteínas e peptídeos que apresentam notáveis propriedades terapêuticas, como efeitos antimicrobianos, antitumorais e analgésicos. Venenos de certas espécies de cobras, como do gênero Bothrops, também demonstraram potencial anticancerígeno, sugerindo seu possível uso para novas terapias.
E para além da caracterização detalhada das composições dos venenos, a venômica também abrange a exploração de suas adaptações evolutivas. A hipótese da otimização do veneno postula que criaturas venenosas evoluíram regulando cuidadosamente a liberação e a composição de seu veneno, garantindo que apenas a quantidade certa seja usada para subjugar suas presas ou deter predadores. Essa otimização é crucial, pois o custo metabólico da produção de veneno é suficientemente alto.
Estudos indicam que a evolução do veneno está intimamente ligada ao ambiente e às pressões seletivas enfrentadas pelos organismos, que realizam adaptações específicas para maximizar a eficácia contra diferentes tipos de presas ou ameaças predatórias.
Um exemplo são as serpentes que se alimentam principalmente de mamíferos e produzem toxinas que atuam rapidamente no sistema nervoso deles, enquanto aquelas que caçam peixes podem ter venenos que afetam o sistema muscular ou cardiovascular das suas presas aquáticas. Essas adaptações não só aumentaram evolutivamente a eficiência predatória, mas também podem reduzir a necessidade de ataques múltiplos, economizando energia.
Métodos e Técnicas de Estudo em Venômica
A venômica integra aspectos das demais ômicas, de modo que espectrometria de massa, cromatografia, ensaios bioquímicos e bioinformática estão presentes em seu fluxo de trabalho:
- Cromatografia: utilizada para separar e purificar os diferentes componentes do veneno com base em suas propriedades físico-químicas. Técnicas como a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) permitem a separação precisa das proteínas e peptídeos presentes no veneno. A cromatografia de afinidade pode ser empregada para isolar toxinas específicas, enquanto a cromatografia gasosa pode ser utilizada para estudar os componentes voláteis.
- Espectrometria de massa: permite analisar o conteúdo proteico presente no veneno, resultando na identificação e quantificação das diferentes proteínas e peptídeos e suas possíveis funções.
- Sequenciamento de RNA: investiga os genes expressos nas glândulas de veneno, para entender quais informações genéticas são responsáveis pela produção das toxinas.
- Estudo de Genoma de populações: analisa o DNA para identificar genes relacionados à produção de toxinas, suas variações evolutivas e genes homólogos em outras espécies.
- Bioinformática: utiliza ferramentas computacionais para interpretar a quantidade massiva de dados gerados por técnicas proteômicas, transcriptômicas e genômicas, permitindo a construção de modelos funcionais dos venenos estudados.
Para que se tenha bons frutos de um estudo venômico, as técnicas de análise combinadas devem ser tão diversas quanto o objeto que está sendo estudado. Nesse sentido, os biotecnologistas, profissionais interdisciplinares, são os pesquisadores ideais para conduzir pesquisas nesta fascinante área.
Um exemplo de grupo de pesquisa brasileiro que estuda venenos e publica artigos pioneiros em prospecção de toxinas utilizando as técnicas citadas acima é o LaBiTox da Universidade Federal de Uberlândia. Também podemos citar a fábrica de medicamentos inaugurada este ano pela UNESP de Botucatu, ligada ao Centro de Estudos de Venenos e Animais Peçonhentos. Com o objetivo de aplicar conhecimentos biotecnológicos para o ensaio clínico de novos fármacos e utilizar o espaço como escola para os universitários, a instalação é a primeira do país neste ramo.
Esquema gráfico mostrando as técnicas presentes num estudo toxicovenômico contando inicialmente com a coleta de amostra e fracionamento por Cromatografia Líquida de Alta Performance de Fase Reversa para separação das substâncias, seguida por análises de identificação de compostos com Espectrometria de Massa e SDS-Page, sequenciamento e determinação do composto do veneno, testes de toxicidade in vivo e, finalmente, seleção das toxinas clinicamente importantes. #ParaTodosVerem: design gráfico derivado de uma imagem de artigo e adaptado no Canva sobre um fluxo de trabalho em venômica. A figura tem os ícones animados de caráter científico, da esquerda para direita, mãos extraindo veneno de uma serpente, um cromatógrafo, um gráfico simbolizando espectrometria de massa, uma cuba de gel de agarose simbolizando separação de proteínas, um gráfico pizza simbolizando a composição do veneno, mãos aplicando uma injeção em camundongo e então ícones da estrutura tridimensional de proteínas. Fonte: adaptado de Bermúdez-Méndez et al. (2018)
O Impacto ao Redor do Mundo
A venômica tem um impacto significativo na ciência e na medicina. Por exemplo, ao decifrar os segredos das toxinas, os pesquisadores da área estão desenvolvendo:
- Analgésicos: venenos de animais como cone-do-mar e escorpião contêm compostos que bloqueiam a dor de forma mais eficaz que a morfina, sem os efeitos colaterais indesejáveis.
- Tratamento de Doenças Crônicas: peptídeos do veneno da jararaca mostraram potencial no controle da hipertensão e diabetes, atuando na regulação da pressão arterial e do metabolismo da glicose.
- Terapias Contra o Câncer: venenos de animais como escorpiões e aranhas contêm toxinas que podem se ligar seletivamente a células cancerígenas, induzindo sua morte e abrindo caminho para novas opções no combate ao câncer.
Mas essas descobertas não estão apenas na academia. Também podemos citar casos de sucesso de medicamentos comercializados que foram derivados de venenos:
- Captopril: medicamento para hipertensão derivado do veneno da jararaca brasileira, um dos anti-hipertensivos mais utilizados no mundo.
- Ziconotide: analgésico potente derivado do veneno do cone-do-mar, utilizado para tratar dores crônicas graves, como dor neuropática severa, dor oncológica intratável e síndromes de dor refratária.
- Bivalirudin: anticoagulante derivado do veneno da sanguessuga, utilizado em procedimentos cardíacos para prevenir a formação de coágulos sanguíneos.
O medicamento Captopril vem em comprimidos semelhantes ao da imagem acima. #ParaTodosVerem: imagem colorida de vários blísters de comprimidos dispostos de maneira desordenada. Há comprimidos de diferentes cores, incluindo rosa, branco e amarelo, em embalagens de alumínio com fundo plástico transparente ou branco. Fonte: Pixabay
Venômica na Biotecnologia e Agricultura: além da Medicina
O campo da venômica expandiu-se muito além de seu foco inicial em aplicações médicas, abrindo novas fronteiras na agricultura sustentável e soluções inovadoras em biotecnologia.
Uma das áreas-chave de exploração é o uso de venenos de animais como base para o desenvolvimento de inseticidas biológicos, que podem combater pragas agrícolas com maior seletividade e menor impacto ambiental em comparação com os pesticidas químicos tradicionais . Assim, toxinas específicas encontradas em venenos de animais, como aquelas de aranhas e escorpiões, têm mostrado potencial como ingredientes ativos em inseticidas de origem biológica.
Ao introduzir peptídeos derivados de venenos em culturas geneticamente modificadas, é possível até mesmo conferir resistência natural a certas pragas e doenças às plantas, reduzindo a necessidade de agroquímicos nocivos e promovendo práticas agrícolas mais sustentáveis.
A venômica também tem inspirado uma série de inovações biotecnológicas. Moléculas extraídas de venenos estão sendo exploradas como biossensores altamente sensíveis, capazes de detectar doenças e toxinas com precisão elevada, como a clorotoxina do veneno do escorpião Leiurus quinquestriatus, usada para identificar células tumorais, e peptídeos do veneno de abelha (Apis mellifera), aplicados na detecção de glicose para o monitoramento de diabetes . Na indústria cosmética, peptídeos de venenos com propriedades antienvelhecimento e regenerativas para a pele também estão sendo investigados, como o Syn-Ake, inspirado no veneno da víbora do templo (Tropidolaemus wagleri).
Perspectivas Futuras
À medida que avançamos na compreensão das composições venenosas e suas adaptações evolutivas, novas oportunidades surgem para desenvolver terapias inovadoras e seguras. No futuro, a integração de técnicas avançadas de sequenciamento genético e bioinformática promete revelar ainda mais segredos desses compostos naturais, abrindo caminho para guiar a transformação dessas moléculas, tradicionalmente vistas apenas como perigosas, em fontes valiosas de biotecnologias inéditas.
Adicionalmente, ao explorarmos o potencial da venômica abrimos caminho para novos tratamentos médicos e soluções inovadoras, além de aprofundarmos a compreensão da rica biodiversidade do nosso planeta e do papel dos animais venenosos na natureza.
Texto revisado por Sthefany Lacerda e Elaine Latocheski
Cite este artigo:
BIÃO, L. F. Venômica: o potencial biotecnológico das armas mais mortais da natureza. Revista Blog do Profissão Biotec, v. 11, 2024. Disponível em: <https://profissaobiotec.com.br/venomica-o-potencial-biotecnologico-das-armas-mais-mortais-da-natureza>. Acesso em: dd/mm/aaaa.
Referências
ALEMU, M. Trend of Biotechnology Applications in Pest Management: A Review. International Journal of Applied Sciences and Biotechnology, v. 8, n. 2, p. 108–131, 2020. Disponível em https://doi.org/10.3126/ijasbt.v8i2.28326. Acesso em 11 de jun. de 2024.
BERMÚDEZ-MÉNDEZ, E.; FUGLSANG-MADSEN, A.; FØNS, S.; LOMONTE, B.; GUTIÉRREZ, J. M.; LAUSTSEN, A. H. Innovative Immunization Strategies for Antivenom Development. Toxins, v. 10, p. 452, 2018. Disponível em https://doi.org/10.3390/toxins10110452. Acesso em 11 de jun. de 2024.
DINIZ, M. R. V.; PAIVA, A. L. B.; GUERRA-DUARTE, C.; NISHIYAMA, M. Y. Jr.; MUDADU, M. A.; OLIVEIRA, U.; BORGES, M. H.; YATES, J. R.; JUNQUEIRA-DE-AZEVEDO, I. L. An overview of Phoneutria nigriventer spider venom using combined transcriptomic and proteomic approaches. PLoS One, v. 13, n. 8, p. e0200628, 2018. Disponível em https://doi.org/10.1371/journal.pone.0200628. Acesso em 11 de jun. de 2024.
HOEPNER, Cassie M. et al. Proteotransciptomics of the most popular host sea anemone Entacmaea quadricolor reveals not all toxin genes expressed by tentacles are recruited into its venom arsenal. Toxins, v. 16, n. 2, p. 85, 2024. Disponível em <https://doi.org/10.3390/toxins16020085>. Acesso em 11 de jun. de 2024.
LAUSTSEN, A. H. Guiding recombinant antivenom development by omics technologies. New Biotechnology, v. 45, p. 19-27, 2018. Disponível em https://doi.org/10.1016/j.nbt.2017.05.005. Acesso em 11 de jun. de 2024.
TAN, C. H. Snake Venomics: Fundamentals, Recent Updates, and a Look to the Next Decade. Toxins, v. 14, p. 247, 2022. Disponível em <https://doi.org/10.3390/toxins14040247>. Acesso em 01 de jun. de 2024.
TEODORO, André; GONÇALVES, Fernando J. M.; OLIVEIRA, Helena; MARQUES, Sérgio. Bioatividade dos venenos de serpente: aspectos evolutivos e terapêuticos. CAPTAR, v. 10, 2021. Disponível em: https://doi.org/10.34624/captar.v0i0.23917. Acesso em: 24 nov. 2024.
VON REUMONT, B. M. et al. Modern venomics – Current insights, novel methods, and future perspectives in biological and applied animal venom research. GigaScience, v. 11, 2022. Disponível em <https://doi.org/10.1093/gigascience/giac048>. Acesso em 01 de jun. de 2024.
WILSON, D.; DALY, N. L. Venomics: A Mini-Review. High Throughput, v. 7, n. 3, p. 19, 2018. Disponível em <https://doi.org/10.3390/ht7030019>. Acesso em 11 de jun. de 2024.
Fonte da imagem destacada: Freepik.
