Marcelo José Pena Ferreira.

A integração das abordagens ômicas têm auxiliado na compreensão da funcionalidade dos organismos. Essa área tem crescido em várias Ciências, e a espectrometria de massas é a principal técnica usada por permitir investigar a diversidade química associada aos sistemas biológicos. A Biodiversidade, um dos focos de estudo do Instituto de Biociências (IB), é o principal repositório de quimiodiversidade, sendo contemplada nos ODS 14 e 15, além de influenciar outros objetivos. Para ampliar o conhecimento da biodiversidade em escalas taxonômica, ecológica, fisiológica e de sua aplicabilidade econômica, são necessárias plataformas de análise de alto rendimento como a solicitada nesta proposta. Apesar de ter pesquisadores habilitados nessas técnicas, o IB não dispõe de equipamentos para efetuar análises metabolômicas.A aquisição do equipamento permitirá: a. investigar a composição, produção e liberação de substâncias em diferentes organismos; b. acessar coleções biológicas como repositórios de quimiodiversidade; c. criar bibliotecas de substâncias da biodiversidade; d. conduzir estudos metabolômicos em espécies modelo; e. aprofundar a compreensão dos sistemas biológicos; f. avaliar efeitos de xenobióticos na biodiversidade; g. gerar dados químicos da biodiversidade aplicáveis ao ensino; h. aprimorar a capacidade analítica e a autonomia de análises ômicas do IB; i. atender demandas de pesquisadores internos e externos do IB.

Estudos de Biotecnologia Marinha tem importância estratégica para o desenvolvimento do Brasil, país que tem a segunda maior costa contínua do mundo. Neste contexto, as tecnologias voltadas para o uso sustentável de serviços de ecossistemas marinhos envolvendo recursos biológicos, genéticos, químicos e ecofisiológicos, são essenciais para o cumprimento dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável e demais metas das Nações Unidas pactuadas para a Década do Oceano. Contudo, ainda temos lacunas de conhecimento básico e o uso sustentável desses recursos permanece um desafio de difícil equacionamento. A Rede ProspecMar - Prospecção de Recursos Naturais e Serviços Ecossistêmicos a partir da Biodiversidade Marinha -, com caráter essencialmente multidisciplinar, envolve pesquisadores de 3 instituições Paulistas (USP, UNIFESP, UNESP) e 10 instituições colaboradoras nacionais (UFU, UFRJ, UFF, UFSC, UFC, UFPI, UFS, UFDPar, UFRN e IFPA), vem atuando ao longo de mais de uma década em parceria com a Rede Nacional de Pesquisa em Biodiversidade Marinha (SISBIOTA-Mar) e o Programa Ecológico de Longa Duração - Ilhas Oceânicas (PELD-ILOC). Essa colaboração foi estruturada sobre três pilares fundamentais, incluindo o entendimento das relações ecológicas no ambiente marinho, a compreensão da conectividade, diversidade genética e aspectos evolutivos do ambiente marinho e a prospecção de produtos marinhos a partir do entendimento do seu papel nas relações ecológicas. O grupo de pesquisadores reunidos como equipe desse projeto temático atua principalmente no terceiro pilar que tem como objetivos principais: 1. Contribuição à caracterização biológica, genética e química da biodiversidade marinha brasileira, em especial de invertebrados e microrganismos. 2. Bioprospecção de substâncias ativas: estudos guiados por atividade biológica (em especial aqueles voltados para atividade anticâncer e antimicrobiana) e estudos alvos direcionados utilizando diferentes proteínas (IAPs, TBX2, proteassoma, stathimina) com funções descritas na biologia do câncer. 3. Estudo pré-clínico de substâncias ativas (seriniquinonas, prodigininas, cromomicinas, eponemicinas) incluindo descrição de mecanismos de ação, desenvolvimento de formulações nanoestruturadas e validação da atividade em modelos in vivo. 4. Estudos das respostas de sistemas holobiontes para entender os padrões de respostas às mudanças ambientais, integrar as informações obtidas usando análise multiparamétrica. 5. Contribuir para o desenvolvimento de processos e produtos para a Biorremediação de ambientes eutrofizados 6. Desenvolvimento de atividades relacionadas à Divulgação Científica, e programas de promoção à Educação em Biodiversidade Como principais resultados, pretendemos avançar no estudo das 4 classes de substâncias identificadas no nosso processo temático anterior como moduladoras das proteínas-alvo de interesse. Esses subprojetos encontram-se em diferentes fases de andamento, e nessa etapa focaremos no uso de metodologias in vivo assim como no desenvolvimento de formulações para avançar no desenvolvimento pré-clínico. Além disso, ampliaremos o banco de microrganismos MicroMarin, realizaremos o isolamento de substâncias bioativas com vistas ao desenvolvimento de protótipos de fármacos anticâncer e antimicrobianos, assim como otimizaremos a produção de preservantes de origem microbiana que possam ser utilizados na indústria de cosméticos. Paralelamente, vamos investir no desenvolvimento de indicadores de impacto ambiental utilizando o conhecimento de sistemas holobiontes coralíneos e suas respostas ecofisiológicas às alterações globais. Todas essas estratégias são passíveis de proteção intelectual, agregam valor à nossa biodiversidade, e contribuem para a promoção da conservação dos ecossistemas marinhos brasileiros.

Asteraceae é uma das famílias de maior diversidade mundial cujas espécies são utilizadas para fins econômicos e medicinais, e os metabólitos produzidos apresentam diversas bioatividades. Entretanto, raros são os estudos que consideram a diversidade química e biológica da microbiota associada às asteráceas. Assim, o objetivo desse projeto é explorar o metaboloma de três espécies não estudadas e nativas dos Campos rupestres e Campos de altitude, e de seus respectivos fungos endofíticos, como fontes de novos componentes bioativos. Os extratos brutos vegetais e fúngicos serão preparados, pré-fracionados, submetidos a bioensaios (atividades antirradicalar, anti-inflamatória, antimicrobiana e citotóxica), analisados através de espectrometria de massas e organizados em redes moleculares. Amostras bioativas que apresentarem novas substâncias serão purificadas e os componentes identificados serão reavaliados nos ensaios biológicos. Adicionalmente, a diversificação da produção metabólica será investigada em duas cepas de fungos endofíticos. Esse projeto interdisciplinar possui colaboração de instituições estrangeiras e contribuirá com a ampliação do conhecimento sobre a diversidade química e potencial biológico de espécies de Asteraceae e de fungos endofíticos do Brasil.

Com a segunda maior costa oceânica do mundo, o Brasil abriga uma diversidade marinha ainda pouco conhecida. A partir da coleta de algas, invertebrados e sedimentos da costa brasileira e ilhas oceânicas, isolou-se cerca de 1300 bactérias marinhas. A coleção MicroMarin é um patrimônio de valor inestimável. Assim, esse projeto tem como objetivo principal realizar a prospecção de substâncias marinhas com potencial biotecnológico no tratamento do câncer e de infecções microbianas nesta coleção.

Os ecossistemas marinhos brasileiros têm uma importância estratégica para o país. Contudo, o uso sustentável dos recursos permanece um desafio de difícil equacionamento, uma vez que temos lacunas de conhecimento básico, o que não nos permite ter uma real dimensão da diversidade biológica associada a esse ambiente e sua fragilidade. Nesse contexto, este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma estratégia integrada de trabalho, buscando estabelecer um novo paradigma na bioprospecção em ambientes marinhos.Esta proposta tem como objetivo o uso de uma abordagem integrada para o isolamento de substâncias com atividade anticâncer a partir de microrganismos marinhos associados a plantas, ascídias, corais e ao sedimento do litoral brasileiro. A premissa fundamental é o uso de diferentes estratégias de prospecção, incluindo aquelas dependentes (fracionamento guiado pela atividade biológica e pelo alvo terapêutico) e independentes de cultivo (metabolômica e metagenômica). Além disso, essa abordagem integrada permitirá a descrição de padrões funcionais de organização da diversidade. Os alvos terapêuticos propostos incluem os fatores de transcrição anti-senescência, Tbx2 e Tbx3, envolvidos no processo de tumorigênese. Não se conhecem até o momento, entretanto, moduladores exógenos que possam atuar sobre sua função biológica. Sendo assim, a identificação de substâncias naturais com potencial modulação dessa via de sinalização agrega um forte potencial de inovação para a proposta.A abordagem aqui sugerida será utilizada para uma avaliação abrangente de padrões emergentes da diversidade em diferentes níveis: dos genes à expressão do metabolismo secundário, sob o paradigma de uso sustentável dos recursos naturais. A abordagem integrativa da presente proposta envolve pesquisadores de diferentes áreas do conhecimento em um objetivo comum, compartilhando dados através de plataformas eletrônicas e convergindo conhecimento para a promoção da conservação e valoração da biodiversidade. Vale destacar, especialmente, que esta proposta é essencialmente multidisciplinar e com grande potencial de inovação, pois está inserida numa área extremamente promissora que visa à prospecção sustentável de recursos do mar com a finalidade de identificar novos produtos biotecnológicos, bem como de legitimar novos alvos moleculares anticâncer.

Os oceanos cobrem ¾ do planeta, e compreendem 97% da água da biosfera, abrangendo uma ampla variedade de ecossistemas. Em termos de sua biodiversidade, cerca de 200.000 espécies foram descritas, mas esse número representa apenas uma fração do número real, que deve chegar aos milhões. Se considerarmos o potencial biotecnológico da diversidade marinha brasileira, a situação torna-se ainda mais crítica, especialmente quando consideramos trabalhos relacionados com as espécies que habitam as ilhas oceânicas brasileiras, onde os trabalhos são muito escassos. O presente projeto visa a exploração sustentável do promissor potencial biomédico abrigado pelos microrganismos do litoral brasileiro e estimula a continuidade dos estudos acerca da prospecção de produtos naturais marinhos com potencial anticâncer. Adicionalmente, os progressos paralelos quanto as metodologias de isolamento, caracterização química e farmacológica são estimulantes. Neste projeto, pretendemos dar continuidade ao estudo do isolamento dos compostos bioativos e estudo da atividade biológica utilizando uma abordagem convencional a partir do screening de extratos e fracionamento bioguiado dos compostos ativos. Pretendemos, assim, gerar novos conhecimentos acerca do arsenal de microrganismos encontrados no litoral brasileiro, que permanece praticamente desconhecido pelos grupos de microbiologia e produtos naturais. Ressaltamos que esta é uma linha de pesquisa pioneira e inovadora além de uma importante ferramenta biotecnológica, o que se torna de grande importância à capacitação de pessoal para ocupar este nicho ainda carente de formação humana, mas muito promissor para a descoberta de novos fármacos.

Asteraceae é uma das famílias de maior diversidade mundial entre as Eudicotiledôneas, cujas espécies são utilizadas para fins econômicos e medicinais, e os metabólitos produzidos apresentam diversas bioatividades. Entretanto, raros são os estudos que consideram a diversidade química e biológica da microbiota associada às asteráceas nativas dos Campos de Altitude. Assim, o objetivo desse projeto é explorar o metaboloma de espécies não estudadas do gênero Baccharis, e de seus respectivos fungos endofíticos associados, como fonte de novos componentes bioativos. Após o isolamento dos endófitos, os extratos brutos vegetais e fúngicos serão preparados, pré-fracionados e submetidos a bioensaios (atividades antifúngica, antirradicalar, anti-inflamatória, antiviral, antitumoral, leishmanicida e alelopática). Através de técnicas de desreplicação será realizada a identificação dos metabólitos produzidos pelas espécies. Amostras bioativas que apresentarem novas substâncias serão purificadas e os componentes identificados e reavaliados nos ensaios biológicos. O projeto pretende ainda avaliar se há influência da fenologia reprodutiva sobre a diversidade de fungos endofíticos nas espécies dioicas de Baccharis. Além de estabelecer uma nova linha de pesquisa no Departamento de Botânica do IB-USP abrangendo estudos com microrganismos endofíticos, esse projeto interdisciplinar contribuirá com a ampliação do conhecimento sobre a diversidade química e potencial biológico de espécies de Baccharis e de fungos endofíticos do Brasil.

O projeto tem como objetivo analisar o potencial químico e biológico de extratos brutos e substâncias obtidas de fungos endofíticos associados à espécie Pentacalia desiderabilis (Asteraceae) encontrada em regiões de Campos de Altitude do estado de São Paulo. Para tanto, inicialmente será realizado o isolamento dos fungos endofíticos associados às folhas e galhos de P. desiderabilis e, posteriormente, esses microrganismos serão cultivados em pequena escala, empregando-se meio de cultura líquido, para obtenção dos extratos brutos. Esses extratos serão submetidos à avaliação das atividades antirradicalar, anti-inflamatória, inibidora do crescimento de Aspergillus flavus e da produção de aflatoxina B1. Posteriormente, os fungos endofíticos produtores de extratos que apresentam relevantes atividades serão cultivados em larga escala, e seus respectivos extratos brutos fracionados, através de técnicas cromatográficas, para purificação e elucidação estrutural das substâncias bioativas. Desta forma, pretende-se com esse projeto a obtenção de extratos e substâncias com potencial anti-inflamatório, antirradicalar e antifúngico. É importante salientar, também, que o desenvolvimento desse projeto poderá fornecer novas aplicações dos recursos da microbiota existente na região selecionada nesse estudo, contribuindo, assim, para o desenvolvimento sustentável, para o conhecimento da diversidade e do potencial biotecnológico desses microrganismos e para a necessidade de conservação desse bioma.

Entre os inúmeros táxons da família Asteraceae, o gênero Baccharis L. possui o maior número de espécies da tribo Astereae, sendo constituído por mais de 500 espécies distribuídas exclusivamente no continente americano. As plantas do gênero apresentam elevada diversidade e são normalmente dióicas, de pequeno porte, muitas das quais utilizadas na medicina popular para o controle ou tratamento de várias doenças, como desordens hepáticas e renais, diabetes, processos inflamatórios e outros. A composição química desse gênero tem sido descrita em literatura, sendo relatada a ocorrência de flavonóides e terpenóides, em especial, diterpenos. Além de estudos fitoquímicos, foram realizados alguns estudos de atividade biológica destacando-se os efeitos antimicrobiano, antioxidante e citotóxico.
O objetivo desse projeto é realizar o estudo fitoquímico da espécie Baccharis uncinella DC., coletada em campos de altitude da Mata Atlântica paulista, visando reconhecer as classes de metabólitos especiais acumulados, bem como, buscar o isolamento e determinação estrutural das substâncias que apresentam potencial atividade antirradicalar, antifúngica, anticolinesterásica, leishmanicida, antiinflamatória, antinociceptiva e citotóxica. Adicionalmente, pretende-se realizar o estudo da variação sazonal da composição química dos óleos voláteis e dos constituintes fenólicos da espécie buscando avaliar a influência de fatores microclimáticos e de fenologia reprodutiva na produção e constituição desses metabólitos.

O gênero Pentacalia, pertencente à família Asteraceae, é constituído por mais de 200 espécies distribuídas principalmente no continente americano. No Brasil estão descritas duas espécies, P. desiderabilis e P. tropicalis, localizadas na região Sudeste e Sul. Essas plantas são lianas escandentes, cujo caule estreito e maleável, enrosca-se rapidamente sobre árvores, para atingir a luz abundante no dossel da floresta. Algumas espécies são utilizadas na medicina popular para o controle ou tratamento de várias doenças, tais como sífilis, desordens gástricas como úlceras e, em processos inflamatórios como faringite. Por outro lado, algumas espécies são reconhecidamente tóxicas, tendo sido relatados casos de morte por envenenamento de bovinos e ovinos através da ingestão de suas folhas.
A composição química desse gênero tem sido pouco descrita, porém é baseada principalmente na ocorrência de terpenóides, fenilpropanóides, cumarinas, quinóides e flavonóides. Além de estudos fitoquímicos, foram realizados alguns estudos de atividade biológica destacando-se os efeitos antibacteriano, antifúngico e citotóxico.
O objetivo desse projeto é realizar o estudo fitoquímico de Pentacalia desiderabilis (Vell.) Cuatrec., ainda sem relatos na literatura, visando reconhecer as classes de metabólitos secundários acumulados, bem como, buscar o isolamento e determinação estrutural das substâncias que apresentam potencial atividade antifúngica, antirradicalar, anticolinesterásica, antinociceptiva, antiinflamatória, citotóxica e leishmanicida. Pretende-se, também, realizar o estudo da variação sazonal da composição química dos óleos voláteis da espécie buscando avaliar a influência do método de extração das amostras e de fatores microclimáticos na produção e constituição dos metabólitos presentes na fração volátil.

O presente projeto tem como objetivo selecionar extratos e óleos essenciais com atividade inibidora sobre o crescimento de Aspergillus flavus e, também, da produção de aflatoxina B1. A região escolhida para o desenvolvimento desse estudo são os Campos de Altitude da cidade de Campos do Jordão onde são encontradas remanescentes da Floresta Ombrófila Mista de Altitude, bioma bastante ameaçado do domínio da Mata Atlântica do estado de São Paulo. Para tanto, espécies pertencentes a diversas famílias vegetais serão coletadas, seus extratos preparados e, então, submetidos à avaliação da atividade inibidora do crescimento de A. flavus e da produção de aflatoxina B1. Posteriormente, os extratos que apresentarem relevante atividade serão fracionados, as substâncias ativas purificadas através de técnicas cromatográficas e suas respectivas estruturas definidas por técnicas espectroscópicas e espectrométricas. Como o controle do fungo e da produção de aflatoxinas é uma questão de saúde pública e de grande importância para o agronegócio, pretende-se com esse projeto a obtenção de substâncias que possam ser empregadas em substituição e/ou conjuntamente aos fungicidas atuais proporcionando aos produtos agrícolas uma proteção alternativa à produção de aflatoxina B1 por A. flavus. Projeto Universal - CNPq.

Este projeto envolve a implementação de uma cota de Bolsa de Iniciação Científica (IC) para auxiliar à pesquisa na área de Química de Produtos Naturais do Centro de Ciências e Humanidades (CCH) da Universidade Presbiteriana Mackenzie, por meio do estudo fitoquímico de espécies de Baccharis, em especial B. uncinella, oriundas dos Campos de Altitude da Mata Atlântica paulista. Projeto de Iniciação Científica CNPq: Processo: 507043/2010-3.

O gênero Baccharis, pertencente a família Asteraceae, é constituído por mais de 500 espécies distribuídas principalmente na América Latina. No Brasil estão descritas 120 espécies, localizadas na região sudeste. Essas plantas são normalmente de pequeno porte, como ervas e arbustos, muitas das quais utilizadas na medicina popular para o controle ou tratamento de várias doenças, como desordens hepáticas e renais, diabetes, processos inflamatórios, entre outros. Por outro lado, algumas espécies são reconhecidamente tóxicas, tendo sido relatados casos de morte de bovinos e ovinos ao se alimentarem com folhas de Baccharis. A composição química deste gênero baseia-se principalmente na ocorrência de substâncias terpênicas e flavonóides. Além de estudos fitoquímicos, foram realizados alguns estudos de atividade biológica destacando-se os efeitos antimicrobianos, antiinflamatórios, citotóxicos e antiradicalares. O objetivo desse projeto é realizar o estudo fitoquímico de Baccharis microdonta, ainda sem relatos na literatura, visando reconhecer as classes de metabólitos secundários acumulados, bem como, buscar o isolamento e determinação estrutural das substâncias que apresentam potencial atividade anti-radicalar, anticolinesterásica, antiinflamatória, antinociceptiva e antibacteriana.

Nas últimas décadas, têm sido desenvolvidos inúmeros sistemas especialistas em determinação estrutural de substâncias orgânicas. O sistema especialista SISTEMAT, desenvolvido no IQ-USP, tem por objetivo auxiliar pesquisadores da área de produtos naturais no processo de determinação estrutural de substâncias. Para tanto, inúmeros programas foram desenvolvidos e várias classes químicas inseridas no sistema.
 Nesse projeto pretende-se inserir as classes químicas ainda não contempladas no sistema, como por exemplo, alcalóides, saponinas esteroidais, saponinas triterpênicas, flavonóides, cumarinas, xantonas, entre outros e, verificar o desempenho dos programas já existentes para a determinação estrutural dessas classes de produtos naturais, bem como desenvolver novos programas específicos para a elucidação de esqueletos dessas substâncias.

A aplicação de redes neurais artificiais constitui uma importante ferramenta na resolução de problemas complexos em várias áreas do conhecimento. Em Química, a metodologia vem sendo aplicada com sucesso para a previsão de propriedade biológicas, em métodos estatísticos e de reconhecimento de padrões em Química Analítica, na previsão de deslocamentos químicos de RMN 1H e 13C de diversas substâncias, entre outros. 
 Nesse projeto as redes neurais artificiais estão sendo empregadas para a determinação estrutural, previsão de dados de deslocamentos químicos de produtos naturais, em estudos quimiotaxonômicos e para previsão de propriedade biológicas. Sendo assim, na área de determinação estrutural realiza-se a identificação da classe química do produto natural em questão e do tipo de esqueleto presentes em um conjunto de sinais espectrais. As principais classes de produtos naturais também estão sendo codificadas para a previsão de deslocamentos químicos de RMN 1H e 13C. 
 Na área de Quimiossistemática, as redes neurais estão sendo utilizadas para a previsão:
1- do número de ocorrências de uma determinada classe de metabólito secundário em um taxon específico;
2- da presença ou ausência de uma classe química em um determinado taxon.
3- do padrão de oxidação das substâncias encontradas em um taxon específico, entre outros.