Confiram a mais recente Science Tips traduzida para o português.

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http://wis-wander.weizmann.ac.il news@weizmann.ac.il Novembro 2015
Cientistas do Instituto Weizmann selecionam fótons individuais
No Instituto Weizmann de Ciência,
pesquisadores conseguiram “colher”
um único fóton — uma partícula de luz
— de um pulso luminoso. As descobertas
dessa pesquisa, que aparecem hoje na
revista científica Nature Photonics, têm
relevância prática e fundamental: a luz é o
principal veículo dos sistemas de comu-
nicação atuais, e os fótons individuais
podem ser vistos como a base dos futuros
sistemas de comunicação quântica. Além
do mais, segundo os cientistas, o sistema
desenvolvido irá ajudar as pesquisas sobre
a questão fundamental da natureza da luz
enquanto partícula.
“Ao avançarmos em direção à comu-
nicação quântica, as informações terão que
ser codificadas como fótons individuais”,
afirma o Dr. Barak Dayan, chefe do grupo
de Óptica Quântica no Instituto Weizmann.
“Cada fóton irá então representar um
“qubit” único — um bit quântico que pode
existir em mais de um estado ao mesmo
tempo (por exemplo, uma combinação
equivalente de 1 e 0).”
Dayan e sua equipe de pesquisadores,
liderados pelo Dr. Serge Rosenblum e Orel
Bechler, propuseram-se a demonstrar um
esquema de extração de apenas um fóton
a partir de um fluxo, de acordo com as
necessidades. O mecanismo é baseado em
um efeito físico que eles denominaram in-
teração Raman de fóton único, ou SPRINT
(na sigla em inglês), que se baseia num
átomo único ou em um sistema do tipo
atômico. “A vantagem da SPRINT”, afirma
Dayan, “é que é completamente passiva —
não requer campos de controle, precisando
apenas da interação entre o átomo e o pulso
óptico”. Em pesquisa anterior, Dayan e sua
equipe empregaram a SPRINT como um
comutador de fótons individuais que os
enviava para diferentes trajetórias, criando
dessa maneira um roteador fotônico.
Nesse trabalho, o átomo se torna mais uma
espécie de torneira do que um comutador,
apanhando um fóton do fluxo e, em se-
guida, desligando-se. “Não é algo comum”,
segundo Dayan, “ter um mecanismo que
continue a funcionar mesmo com altos
fluxos de fótons e conseguir remover ape-
nas um deles.”
A configuração do experimento do
grupo dedicado à óptica quântica no Weiz-
mann se fundamenta em tecnologias de
ponta: resfriamento a laser e coleta de áto-
mos (neste caso, o rubídio), a fabricação,
baseada em chips, de microesferas vítreas
de alta-qualidade e nanofibras ópticas.
Ainda segundo Dayan, “A capacidade
de desviar um único fóton de um fluxo
pode ser aproveitada para diversos usos,
desde a criação de estados de luz atípicos
que serão úteis para a pesquisa científica
básica, até à escuta de sistemas criptográ-
ficos quânticos imperfeitos que tenham
por base fótons individuais, com vista a
aumentar a segurança dos sistemas de
comunicação quântica.
Foi Einstein, em 1905, quem inicial-
mente sugeriu a existência de fótons, em-
bora muitas das suas propriedades só agora
entejam vindo à luz. Dayan acredita que o
novo método irá aumentar nossas capaci-
dades de estudá-los e controlá-los
enquanto partículas individuais. ❙
A pesquisa do Dr. Barak Dayan é
apoiada pelo fundo de fomento cientí-
fico Benoziyo Endowment Fund for the
Advancement of Science; o centro de es-
tudos fotônicos Crown Photonics Center;
a Fundação Rothschild Caesarea; e o
Instituto Deloro de Pesquisa Avançada em
Espaço e Óptica. O Dr. Dayan é respon-
sável pela Cátedra de Desenvolvimento
Profissional Joseph e Celia Reskin.
Ativando Partículas de Luz
Capturando um único fóton de um pulso luminoso: Dispositivos baseados no
modelo do Instituto Weizmann podem ser a base dos futuros sistemas de comunicação
quântica
http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/full/nphoton.2015.227.html

2. Oque uma doença genética rara infan-
til pode nos ensinar sobre o câncer?
Diz a Dra. Ayelet Erez, do Departamento
de Regulação Biológica do Instituto
Weizmann: “Uma doença de mutação
única pode agir como uma ‘lente’. Se en-
contrarmos precisamente que disfunções
acometem a criança enferma, poderemos
nos aproximar e entender a função do
mesmo gene entre as muitas alterações
genéticas que estão vinculadas ao câncer”.
Em resultados atualmente retratados na
revista Nature, Erez e uma equipe de
pesquisadores utilizaram essa abordagem
para revelar como um ciclo metabólico
que é “descontinuado” em duas doenças
infantis é alterado para beneficiar células
cancerígenas.
A doutora Erez tratou crianças com
uma enfermidade denominada citru-
linemia. O organismo dessas crianças
não apresenta a atividade de uma
proteína conhecida como ASS1; e
ausência da ASS1 conduz ao acúmulo
tóxico de amônia no corpo, o que, se não
tratado, pode ser fatal.
Diversos tipos de câncer podem
impedir a expressão do gene ASS1; e
o seu silenciamento indica um câncer
mais agressivo e um pior prognóstico.
No entanto, tentativas para desenvolver
tratamentos baseados na depleção do
aminoácido produzido por este gene têm
apresentado êxitos apenas limitados.
Erez e seu grupo de pesquisa,
liderado pela doutoranda Shiran Rabi-
novich, perguntou: E se a célula cancerí-
gena, em vez de silenciar o ASS1 devido
à sua atividade, o fizer por causa do que
consome? Partindo do pressuposto que
as células cancerígenas frequentemente
rearranjam os trajetos metabólicos
normais do organismo, os pesquisadores
observaram “mais acima”, ou seja, em
as primeiras conexões dessa proteína em
seu ciclo metabólico.
A equipe localizou um aminoá-
cido denominado aspartato no trajeto
metabólico da ASS1. Este aminoácido
também é necessário para a produção de
DNA e RNA. Agora, a conexão começa-
va a fazer sentido: As células canceríge-
nas necessitam produzir grandes quanti-
dades de DNA e RNA para continuarem
a dividir-se, de forma que o silencia-
mento do ASS1 pode ser uma maneira
de libertar o aspartato necessário para
atender a alta demanda.
Uma doença infantil ainda mais
rara — a citrulinemia tipo II — deu aos
pesquisadores uma “lente terapêutica”
adicional para compreender o câncer.
Nesse ponto, em vez da quantidade ex-
cessiva de aspartato, há uma quantidade
muito pequena, devido à perda de outra
proteína denominada citrina. As crianças
com essa doença tendem a ser menores
do que a média. “Se a perda de citrina, e,
assim, de aspartato, pode levar a crianças
de menor estatura, achamos que também
pode ajudar a produzir tumores meno-
res”, afirma Erez.
A equipe desenvolveu um método de
bloqueio da citrina e descobriu que um
determinado crescimento cancerígeno
foi, de fato, inibido pelo tratamento.
“Há centenas de doenças hereditárias
raras causadas por mutações de alguns
genes individuais, e muitas delas são
detectadas em doenças comuns como o
câncer”, acrescenta. “Investigar o que é
raro pode efetivamente elucidar aquilo
que é comum.”
Também participaram desta pesquisa
os pesquisadores do laboratório de Erez,
os doutores Lital Adler, Alona Sarver,
Alon Silberman e Shani Agron; o Dr.
Keren Yizhak e o Prof. Eytan Ruppin,
da Universidade Tel Aviv; os doutores
Qin Sun e Sandesh CS Nagamani, da
Faculdade de Medicina de Baylor, de
Houston, Texas; o Dr. Igor Ulitsky, do
Departamento de Regulação Biológica
do Instituto Weizmann; e o Dr. Shalev
Itzkovitz, do Departamento de Biologia
Celular e Molecular do Instituto. ❙
A pesquisa da Dra. Ayelet Erez é apoiada
pela Fundação Adelis; o Fundo de
Pesquisa Henry S. e Anne S. Reich;
Joseph Piko Baruch, de Israel; o Fundo
Dukler para Pesquisas sobre o Câncer; a
Fundação Paul Sparr; o espólio de Fannie
Sherr; e a Fundação Saul e Theresa
Esman. A Dra. Erez é a responsável pela
Cátedra de Desenvolvimento Profissional
Leah Omenn.
Doença Rara É Caminho para Entender o Câncer
http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7578/full/nature15529.html
Em crianças, a falta de uma proteína causa uma doença perigosa. Porque é que as
células cancerígenas suprimem a mesma proteína?

3. http://www.nature.com/articles/srep16146
O Espermatozoide “Enxerga” o Calor
Proteínas conhecidas como sensores visuais também desempenham sua função no
movimento, baseado no calor, dos espermatozoides
Na difícil jornada até o óvulo, o
esperma “sente” o calor da trompa
de Falópio e detecta os sinais químicos
do óvulo. No entanto, um estudo recente
do Instituto Weizmann, publicado na
revista científica Scientific Reports,
demonstra que o esperma também utiliza
os sensores normalmente associados ao
sistema visual.
Se um espermatozoide, que mede
cerca de 46 mícrons (milésimos de
milímetro), fosse do tamanho de um
ser humano, ele teria de nadar diversos
quilômetros para chegar ao seu destino.
Assim, o esperma precisa ser guiado por
diversas dicas.
Em estudos anteriores, o Prof.
Michael Eisenbach e sua equipe do
Instituto Weizmann descobriram dois
desses mecanismos de orientação —
pistas relacionadas com a sensibilidade
térmica e química. A atração térmica
funciona ao longo da maior distância:
o local da fertilização é mais quente do
que o ponto de entrada para a trompa
de Falópio, onde os espermatozoides
fazem uma pausa para maturação, e essa
diferença térmica os guia em direção ao
óvulo. Quando se aproximam do óvulo,
eles captam seus sinais químicos. “Como
em todos os processos importantes da
natureza, o espermatozoide ampara-
se em mais de um mecanismo em sua
navegação, assim, se um deles apresentar
problemas, os outros funcionam como
reserva”, explica Eisenbach.
A sensibilidade térmica do esperma-
tozoide é extremamente alta. De uma
distância equivalente ao comprimento
de uma célula de esperma, eles conseg-
uem detectar diferenças térmicas tão
ínfimas como 0,0006 de um grau Celsius
— menos do que um milésimo de um
grau. Essa sensibilidade os possibilita
serem guiados por um aumento térmico
bastante gradativo em sua trajetória até o
local de fertilização.
No novo estudo, a equipe de
Eisenbach — Dr. Serafín Pérez-
Cerezales, Dr. Sergii Boryshpolets, Oshri
Afanzar, Dr. Reinat Nevo e Vladimir
Kiss, do Departamento de Química
Biológica, e o Dr. Alexander Brandis,
do Departamento de Serviços Biológicos
— propuseram-se a descobrir exatamente
como o espermatozoide sente o calor.
Os cientistas examinaram uma categoria
específica de receptores que, com
base em estudos anteriores, acreditava-
se estarem envolvidos na transmissão
de sinais para o esperma. Dentro
dessa categoria, eles chegaram a uma
família de proteínas denominadas
opsinas.
As opsinas são mais conhecidas por
seu papel numa esfera completamente
diferente: o sistema visual. Uma das
proteínas de maior importância nessa
família, chamada rodopsina, atua como
um fotorreceptor nas células da retina.
Estudos de outros pesquisadores, em
larvas de moscas da fruta, encontraram
que essa proteína está envolvida na
resposta ao calor, o que ajuda a explicar
o fenómeno observado com os
espermatozoides.
Os cientistas do Instituto Weizmann
descobriram que diversas proteínas
da família de receptores da opsina
estavam presentes na superfície do
espermatozoide de camundongos e
homens. Cada opsina apresentava seu
próprio padrão de distribuição no esperma-
tozoide, e cada uma aparentemente
contribuía de forma específica, por meio
de seus próprios conjuntos de sinais,
para a sensibilidade térmica. Quando
os pesquisadores bloquearam os sinais
dessas opsinas, o espermatozoide não
conseguiu mais nadar de uma câmara
mais fria até uma mais quente.
Esses resultados bastante
surpreendentes podem explicar a
presença enigmática das opsinas em
órgãos que não estão expostos à luz,
incluindo os pulmões e o fígado. Eles
sugerem que as opsinas de mamíferos
podem estar desempenhando funções
de sensibilidade térmica nessas partes
do corpo. ❙
A pesquisa do Prof. Michael Eisenbach
é apoiada pelo fundo de fomento
científico Benoziyo Endowment Fund
for the Advancement of Science.
As localizações de diferentes opsinas no espermatozoide humano, visualizadas em um microscópio, são revelados pela marcação
com um anticorpo fluorescente (amarelo brilhante)