Cientistas da UFPB desenvolvem sistema para gerenciamento de bancos de dados da Embrapa

Cientistas da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) estão desenvolvendo um sistema para gerenciamento de bancos de dados da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), inspirado na plataforma digital SistematX, criada por eles em 2014. Inicialmente, serão catalogados cerca de 100 substâncias naturais e mais de 100 extratos vegetais do Banco Ativo de Germoplasma, responsável pelo armazenamento do material genético de plantas, na Embrapa Agroindústria Tropical, unidade de pesquisa da Embrapa localizada em Fortaleza, no Ceará.

Neste momento, a biblioteca digital encontra-se em versão beta, ou seja, em estágio de desenvolvimento, para realização de testes, antes de ser liberada para acesso de pesquisadores da Embrapa e de cientistas parceiros. O sistema de gerenciamento fornecerá, remotamente, inúmeros dados sobre substâncias químicas isoladas das plantas catalogadas, o que deve acelerar o tempo de pesquisa.

Por meio da plataforma, será possível consultar imagens de moléculas em 2D e 3D e obter informações sobre suas estruturas, tais como massa exata, massa relativa e demais propriedades. Serão disponibilizados também dados das espécies associadas, como genótipos, tipos de cultivar, estudos fitoquímicos e bioensaios realizados, além das coordenadas geográficas de onde cada amostra foi coletada e sua localização por meio do Google Maps.

Cada estrutura química disponível na plataforma virtual corresponderá a uma amostra da planta preservada em uma cápsula congelada a -80°C no Laboratório Multiusuário de Química de Produtos Naturais da Embrapa Agroindústria Tropical. Os pesquisadores da UFPB acreditam que o projeto possibilitará o avanço do conhecimento a respeito da quimiodiversidade e da variabilidade de metabólitos (substâncias ou princípios ativos) dos Bancos Ativos de Germoplasma da empresa pública.

“As funcionalidades já foram testadas em servidor e todo o processo foi homologado. Nesta versão beta, estamos verificando os problemas que podem ocorrer com as operações e faremos uma interface com a identificação gráfica do Laboratório Multiusuário de Química e Produtos Naturais da Embrapa Agroindústria Tropical”, explica Marcus Tullius Scotti, professor do Departamento de Química da UFPB e coordenador do projeto pela Universidade.

A primeira fase do projeto, que teve início em 2019, consistiu em verificar as necessidades do laboratório e adaptar o SistematX para essas necessidades, além de fazer testes com estas novas funcionalidades. Em seguida, foram executadas verificações de instalação em servidor e criada uma documentação que também está em posse da Embrapa, para poder fazer manutenção no sistema.

A fase final dos trabalhos ocorrerá após essas operações da versão beta se concretizarem. Contudo, os cientistas da UFPB resolveram empreender uma operação adicional, a fim de migrar a tecnologia JChem Web para microservices, para obter maior estabilidade e melhor tempo de resposta das ferramentas de cálculos e predições utilizadas pelo sistema. Essa operação adicional foi concluída na semana passada.

“Este convênio trata da transferência de tecnologia de software utilizando banco de dados e interface web para gerenciar banco de dados de metabólitos secundários e extratos, com várias ferramentas de cálculo e predição de propriedades físico-químicas e atividade biológica, além de informações taxonômicas e localização geográfica”, explica o Prof. Scotti.

Além de desenvolver ferramentas de informática e quimioinformática para organização e disponibilização dos dados analíticos do Laboratório Multiusuário de Química de Produtos Naturais da Embrapa Agroindústria Tropical, o projeto prevê correlacionar esses dados analíticos com os próprios extratos, objetivando criar o ExtractDB, um portfólio de extratos vegetais com seus respectivos dados analíticos.

Do mesmo modo, os pesquisadores da UFPB planejam estabelecer um módulo para repositório e gerenciamento de informações de composição química de frutas nativas e exóticas do Brasil, o FruDB, que reunirá, em uma plataforma digital, dados de composição química de metabólitos primários, secundários e compostos voláteis das frutas.

Marcus Tullius Scotti argumenta que o SistematX tem dois grandes diferenciais. Primeiro, é uma ferramenta em constante desenvolvimento.  “A maioria dos sistemas são criados e mantidos com a tecnologia desenvolvida inicialmente. O SistematX está em progressão, com novas funcionalidades e tecnologias”, destaca o professor da UFPB. 

O outro grande diferencial, no ponto de vista dele, é que o SitematX pode ser gerenciado pelos próprios usuários. Com login e senha, cada usuário tem acesso aos dados do SitematX, que podem ser adicionados, atualizados, corrigidos. Portanto, não seria apenas uma ferramenta de consulta, mas de gerenciamento de dados.

As funcionalidades de gerenciamentos de extratos foram projetadas em conjunto com a Embrapa. O desenvolvimento do sistema de gerenciamento de bancos de dados é uma adaptação das ferramentas que o SistematX já possui. Pela Embrapa, o projeto é coordenado por Guilherme Julião Zocolo, chefe adjunto de pesquisa e desenvolvimento da Embrapa Agroindústria Tropical.

“Estamos no processo de fechar um novo convênio. Desta vez, com o Instituto Amazónico de Investigaciones Científicas (SINCHI). Tecnicamente, já foi feita a análise de requisitos do sistema e das necessidades de adaptação. A partir deste ponto iremos formalizá-lo e iniciar as atividades”, adianta Marcus Tullius Scotti.

O instituto de pesquisa sem fins lucrativos do governo da Colômbia é encarregado de realizar investigações científicas sobre assuntos relacionados à Floresta Amazônica, ao rio Amazonas e à região amazônica da Colômbia para melhor compreensão e proteção.

De acordo com o pesquisador da UFPB, esta parceria possibilitará o instituto gerenciar e disponibilizar os dados obtidos de produtos naturais de plantas e microrganismos identificados na Amazônia colombiana.

Atualizações

Em recente artigo científico, foi reportada uma série de atualizações do SistematX, desenvolvido pelos cientistas da UFPB e que tem servido de base para a criação do sistema de gerenciamento de bancos de dados da Embrapa.

Além da migração de toda a parte de cálculos e predições de propriedades físico-químicas da tecnologia JChem Web services para JChem microservices, estas atualizações incluem opção de download dos dados, geração e visualização de espectros de ressonância magnética nuclear, cálculo de propriedades físico-químicas e perfis de atividade biológica. 

O download em lote (batch) permite o download de uma determinada pesquisa de uma só vez, com informações estruturais dos metabólitos secundários, entre eles moléculas e propriedades físico-químicas, calculados pelo sistema e informações taxonômicas, como família, tribo, gênero e espécie de onde foram isolados os compostos. 

Os cálculos de predição de propriedades drug-like e lead-like são importantes para filtrar promissores compostos com potencial bioatividade que tenham propriedades similares com os medicamentos que são utilizados no mercado e que permitem uma boa absorção oral, metabolismo e baixa toxicidade.

O mesmo vale para as predições de propriedades biológicas, que possibilitam uma predição de atividade, filtrando os compostos com maior potencial bioativo frente a uma determina patologia, por exemplo, leishmaniose, doença de Chagas e anticâncer, minimizando custos de testes em bancada e acelerando o processo da descoberta de novos fármacos.

“É importante salientar que a maiorias dos medicamentos comerciais são baseados nas estruturas de metabólitos secundários, portanto muito importante aplicar estas metodologias em bancos de dados de produtos naturais”, afirma Marcus Tullius Scotti.

O SistematX trabalha com os dados do Laboratório de Quimioinformática da UFPB. Atualmente, possui 9.600 compostos de plantas e quase 21 mil ocorrências botânicas, número de espécies diferentes de plantas de que um composto pode ser isolado.

O SitematX teve sua versão beta criada em 2014. A partir daí vem evoluindo constantemente. Os dois coordenadores do sistema de gerenciamento da UFPB são Marcus Tullius Scotti e Luciana Scotti. Mais de 25 alunos de iniciação científica da UFPB trabalharam no seu desenvolvimento. Hoje, envolve seis alunos de iniciação científica, dois deles com bolsas da Embrapa, mais três doutorandos e um estudante de mestrado.

A iniciativa tem parceria com Universidade de São Paulo (USP) de Ribeirão Preto, por meio do professor Fernando Batista da Costa, que também atua nas atividades do convênio com a Embrapa Agroindústria Tropical.

O desenvolvimento do SitematX gerou, até agora, dois registros de software junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI): o “SISTEMMAT X”, em 2014, e o “SISTEMAT X DATA REGISTER SYSTEM”, em 2016.