José Paulo Mendonça, líder da pesquisa expõe as potencialidades da técnica premiada. (Fonte: energiainteligenteufjf.com)
Introduzidas em 1986 nos Bell Labs em Nova Jersey, pinças ópticas emergiram rapidamente como uma ferramenta indispensável, podendo ser utilizadas para diferentes aplicações na química e na biologia. Observando que um raio laser focado pode ser usado para manipular certos objetos, Arthur Ashkin, foi o primeiro a desenvolver uma armadilha tridimensional estável, baseada na pressão da radiação de um único raio laser, capaz de prender e aplicar forças em micro partículas dielétricas – isolantes. Pouco depois desse avanço, pinças ópticas foram utilizadas, com sucesso, para prender fisicamente e controlar vírus e bactérias, traçando caminho para estudos mecânicos e cinéticos de biomoléculas.
Atualmente, pinças ópticas são aplicadas em diversos estudos como na pesquisa de interações entre proteínas e DNA, envolvidos na organização, replicação, transcrição e reparo de DNA; no estudo do campo energético de proteínas e a cinética de motores moleculares. Na Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), o Grupo de Pesquisa em Óptica Aplicada do Programa de Pós-Graduação em Física, utiliza a técnica da pinça óptica para estudar as cianobactérias, isolando-as para que possam entender qual é o processo de liberação de suas toxinas.
Cianobactérias e a intoxicação de águas potáveis
As cianobactérias – algas azuis – presentes em abundância em lagos e mananciais de todo planeta, são altamente tóxicas e a contaminam a água potável de recursos hídricos disponíveis. Além de expelirem cianotoxinas quando se alimentam de nitrogênio e fósforo presentes nas águas, esses microrganismos também liberam essas substâncias quando são “estressados” por remédios destinados ao seu controle. Em outras palavras, as substâncias químicas direcionadas para matar as cianobactérias não as impedem de poluir as águas com suas toxinas. Esta situação se tornou um problema de saúde pública. Em 1996, 60 pacientes morreram em Caruaru, por causa de uma das cianotoxinas presentes na água utilizada na hemodiálise.
Procurando uma forma de estudar a fundo esses microorganismos, o pesquisador, José Paulo Rodrigues Furtado de Mendonça, viu na técnica da pinça óptica uma forma de isolar essas cianobactérias para entender como se comportam e saber exatamente quando as toxinas são liberadas. “Temos que entender melhor as cianobactérias, para depois fazer uma armadilha para pegá-las vivas e não destruí-las com produtos químicos, porque isso não resolve o problema”, destaca. O objetivo é isolá-las para apontar exatamente o momento em que determinada toxina é liberada, possibilitando o estudo do mecanismo que foi necessário para que isso acontecesse.
Uma vez isolada, uma cultura é mantida somente com o grupo de descendentes dessa cianobactéria separada. Em seguida, a reprodução é estimulada para que novas cópias do indivíduo inicial sejam formadas. Isso é feito para que possam identificar e separar um dos vários tipos de toxinas que podem ser liberados por cianobactérias. “Nós queremos que elas liberem determinado tipo de toxina bem definido para que a gente possa estudar qual é o estresse necessário para que aquela cianobactéria libere determinado tipo de toxina e, quando conseguimos estudar esse estresse necessário, podemos estudar qual é o processo de liberação dessa toxina”, esclarece Isis Lee da Silva, aluna de doutorado do Programa de Pós-Graduação em Física e membro do grupo de pesquisa.
Isis também destaca que a técnica da pinça óptica possibilita que os microorganismos sejam analisados sem serem danificados, regulando apenas a potência e o alinhamento do laser. “Se futuramente quisermos fazer cortes nela, podemos acoplar outro laser na nossa montagem. Então é uma técnica muito versátil que possibilita que possamos prender e, ao mesmo tempo, realizar cortes nesses microrganismos”, acrescenta.
Prêmio Nobel da Física para o pai das pinças ópticas
O pioneiro nas pesquisas com pinças ópticas, o americano Arthur Ashkin, ganhou na última terça-feira (2), o Prêmio Nobel de Física. Ele dividiu o prêmio de 870 mil euros com o físicos Gérard Mourou e Donna Strickland, também por trabalhos relacionados a pesquisas com laser.
Ashkin percebeu, logo quando os lasers foram inventados na década de 60, que ao reunir os fótons presentes neles, seria possível criar uma pressão em objetos. Além disso, notou que raios laser possuem mais fótons no seu interior do que nas “bordas”. Essa diferença criou um gradiente natural que poderia ser explorado para prender objetos com apenas dois lasers. Assim nasceram as pinças ópticas.