A Bioinformática e sua inserção no Ensino Superior brasileiro atual

As tecnologias de informação estão cada vez mais inseridas no contexto global atual. O número massivo de dados biológicos surgido após o advento do Projeto Genoma Humano, em 1980, permitiu o uso de softwares para a manipulação desses dados utilizando ferramentas de uma nova ciência, a Bioinformática. Essa ciência se apoia nas ômicas para a geração de dados, principalmente a genômica, e tem seus dados armazenados em bancos primários e especializados. Sua importância tem se demonstrado no desenvolvimento de diversas áreas, como a Medicina, por meio da localização de genes causadores de doenças hereditárias, e a Agrícola, por meio do desenvolvimento de transgênicos e sequenciamento genético de patógenos que causam danos agrícolas. No entanto, a inserção dessa ciência no ensino brasileiro, principalmente no ensino superior, ainda é carente e desigual, havendo o predomínio de produção científica e oferta de cursos de graduação e pós-graduação concentrados no Sul e Sudeste brasileiros. Assim, deve-se ter noção dos obstáculos e da importância que envolve a inserção dessa ciência na educação brasileira, a fim formar mais profissionais bioinformatas que possam contribuir com o avanço dessa ciência e, consequentemente, com o desenvolvimento de novas pesquisas que contribuam com a oferta de mais dados biológicos e com a descoberta de novos avanços na área biológica.

Autores: Anna Beatriz Machado Lima^{https://orcid.org/0000-0002-7934-0272} , Isaac Farias Cansanção ^{https://orcid.org/0000-0003-2125-9866}

Revisão: Tatiane Senna Bialves^{https://orcid.org/0000-0002-3827-2859} , Luana Luiza Bastos ^{https://orcid.org/0000-0002-6932-0438}

INTRODUÇÃO

Atualmente, diante de um mundo cada vez mais informatizado, o uso das tecnologias de informação tem permitido uma maior geração e integração de conhecimento, além de tornar mais acessível a obtenção de informações e dados de qualquer espécie. Esses dados, ao serem agrupados, formam um massivo conjunto de dados, denominado Big Data [2].

Um exemplo desses dados são os biológicos. A descoberta de que havia uma molécula que seria o repositório genético das células, por meio de estudos desenvolvidos por Frederick Griffith, em 1928, atraiu os olhares de cientistas interessados em saber como essa informação genética era armazenada e transmitida aos descendentes [11]. A descoberta da estrutura do DNA, em 1953, por Watson e Crick (Figura 1), iniciou uma corrida para mapear e interpretar essa molécula, o que permitiu entender melhor os sistemas fisiológicos dos seres vivos e os mecanismos hereditários que influenciam na transmissão de diversas doenças [1]. Aliado a isso, com o advento dos métodos e dos processos de sequenciamento de DNA, iniciados na década de 70, surge o Projeto Genoma Humano, em 1980, como uma tentativa dos cientistas de transformar a biologia e a área de genética em big science [1, 10], o que provocou um aumento significativo do volume de dados biológicos [1].

A partir disso, houve a necessidade de desenvolver um sistema de computação capaz de analisar, interpretar e processar essa grande quantidade de dados biológicos, o que forneceu espaço para o advento da Bioinformática. O nome dessa nova ciência foi utilizado,

pela primeira vez, em 1970, pelos biólogos Paulien Hogeweg e Ben Hesper [8]. Sua definição é complexa e abrangente, mas pode ser entendida como uma ciência interdisciplinar que combina técnicas de computação e teoria da informação aplicada à biologia para construir, utilizar e acessar dados biológicos. Por ser interdisciplinar, ela abrange as áreas da biologia, ciência da computação, engenharia da informação, matemática e estatística (Figura 2)[2].

A análise de dados biológicos possibilita utilizar ferramentas da bioinformática que fazem a montagem e a anotação de genomas, além da identificação de similaridades entre organismos e suas implicações evolutivas, permitindo a visualização e a análise da taxonomia e filogenia de organismos por meio de softwares. Além disso, outra possibilidade de uso dessas ferramentas é para a modelagem de moléculas por meio da construção de modelos tridimensionais de DNA e proteínas (Figura 3) a partir de sequências nucleotídicas [1, 2].

A bioinformática utiliza-se de bancos primários para armazenar e organizar dados. Eles podem ser classificados de acordo com (1) seu escopo de dados, podendo haver bancos que foquem em espécies específicas ou diversas espécies (2) nível de curadoria, em que os bancos primários apresentam dados brutos e os secundários apresentam dados processados (3) métodos de curadoria, em que os bancos de dados podem ter sido passados pela avaliação de experts e pesquisadores (4) tipo de dado gerido, podendo ser especializados em DNA, RNA e proteínas, por exemplo [2].

Exemplos de bancos de dados primários são: Nucleotide Sequence Database (EMBL-Bank), Banco de Dados de DNA do Japão (DDBJ) e GenBank (National Center for Biotechnology Information–NCBI).

Além desses, existem os bancos de dados especializados como o Protein Information Resource (PIR), o SWISS-PROT e o PROSITE.

COMO A BIOINFORMÁTICA É APLICADA NO ENSINO?

A Bioinformática e a Biologia Computacional têm seu surgimento datado de meados de 1980 e, desde então, estiveram sempre interligadas com o campo da biologia molecular, que estuda a estrutura e a função do material genético, além das proteínas expressas a partir de sua tradução [9].

Desde a conclusão do Projeto Genoma Humano, em 2003, os dados biológicos usados na Bioinformática derivam de três subáreas principais: (1) a Genômica, ramo da bioquímica que estuda o genoma completo de um organismo; (2) a Proteômica, que estuda a função, a forma e a interação entre proteínas e (3) os Sistemas Biológicos, que estuda o processo de interação entre proteínas e DNA e sua interferência na função das células, tecidos e organismos, além de se apoiar nas ômicas para a geração de dados. Dentre esses, o campo da genômica tem ganhado destaque no estudo da Bioinformática [3].

Após quase uma década de financiamento da bioinformática para o desenvolvimento de pesquisas envolvendo a genômica, a academia brasileira, atualmente, incentiva o desenvolvimento dessa ciência interdisciplinar aplicada a várias áreas. Assim, genômica, biologia estrutural e biologia computacional formaram um ambiente de pesquisa integrada.

QUAIS OS MARCOS DA BIOINFORMÁTICA NO ENSINO BRASILEIRO?

Para um campo da ciência ser desenvolvido em um país, há alguns requisitos fundamentais, sendo os principais o suporte financeiro adequado e o acesso a redes internacionais de apoio e de intercâmbio de pesquisa. Assim, pode-se relatar alguns marcos na história do Brasil que estimularam o desenvolvimento da Bioinformática no País, principalmente relacionados com a área de genética e genômica [7].

Em 1997, a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) começou a investir recursos financeiros e humanos em sequenciamento de genomas. Pesquisas no laboratório de bioinformática da Universidade de Campinas (UNICAMP) resultaram na elaboração de um mapa genético da Xillela fastidiosa, uma bactéria que ataca as laranjeiras e gera danos financeiros ao País. Tal conquista resultou na publicação do genoma deste patógeno na revista Nature, uma das principais revistas científicas do mundo (Figura 4) [5].

A partir desse fato, a Bioinformática começou a progredir no País e, assim, foi organizada uma rede de laboratórios nacionais que estimulou o sequenciamento de outros patógenos que causam danos à agricultura brasileira [5].

Em 2004, foi criada a Associação Brasileira de Bioinformática e Biologia Computacional (AB³C), filiada da Sociedade Internacional de Biologia Computacional (ISBC), para financiar grupos de pesquisas na área de bioinformática, juntamente com a genômica e a biologia estrutural, incentivando a difusão e a popularização dessas pesquisas no Brasil, na América Latina e em outros lugares do mundo [5].

Todos esses marcos foram importantes para o crescimento contínuo da deposição de sequências genômicas no País [5]. Para ter acesso a uma lista completa de projetos de genômica financiados pelo CNPq, consulte https://labinfo.lncc.br/#/pesquisa/projetos.

QUAIS SÃO OS PROGRAMAS DE BIOINFORMÁTICA ATUALMENTE OFERTADOS NO BRASIL?

No Brasil, atualmente, os cursos de extensão universitária representam uma das formas mais comuns de difundir a bioinformática [3]. Esta área tem sido utilizada com intuito educativo somente em alguns poucos cursos de graduação, como os de Ciências Biológicas, Ciências da Computação, Matemática e Biotecnologia [1, 5]. Já nos cursos de mestrado e doutorado, é um assunto tratado raríssimas vezes.

Na tabela 1 abaixo estão listadas as instituições educacionais que têm relatado programas de qualificação em Bioinformática no Brasil, segundo a International Society of Computational Biology (ISBC):

Título	Grau acadêmico	Universidade/Instituição
Programa de Graduação em Bioinformática	Ph.D.; DSc	Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
Programa de Graduação em Bioinformática	Ph.D.; DSc	Universidade Federal do Paraná (UFPR)

Na tabela 2 estão listadas as Universidades brasileiras que oferecem cursos de pós-graduação voltados para a área de Bioinformática, avaliados e reconhecidos pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES):

Universidade	Área avaliativa	Área básica	Programa	Grau   Acadêmico
UTFPR	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática   (40006018037P6)	ME
UFMG	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática   (32001010068P4)	ME; DO.
UFRN	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática   (23001011170P8)	ME; DO.
USP	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática   (33002010188P9)	ME; DO.
UFPR	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática (40001016066P4)	ME
UFPR	Ciências Biológicas I	Genética	Bioinformática (40001016175P8)	DO

Além dos cursos listados acima, programas de pós-graduação em Biologia Computacional são oferecidos pela FIOCRUZ e pelo Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC).

Diante do exposto, é perceptível que a Bioinformática ainda é uma ciência nova em desenvolvimento no Brasil, mas também no resto do mundo. Em relação a distribuição desses cursos entre os países, nota-se um desequilíbrio, visto que, dos 73 cursos listados pela ISBC, 42 estão concentrados nos Estados Unidos [13].

Além disso, observa-se que alguns estados brasileiros, em especial os nordestinos, carecem desse conhecimento, o que ocasiona distanciamento com a área e prejuízos aos profissionais Biólogos e afins, a curto e médio prazo [5]. Contrastando com essa realidade, entre 2001 e 2004, o Governo ofereceu apoio financeiro, por meio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a grupos de pesquisa focados em aplicações em bioinformática, em apoio às áreas de genômica e biologia estrutural. Dos 30 projetos nacionais aprovados em 2001, cerca de metade foram do estado de São Paulo, comprovando a força desta região nesse campo da ciência [6].

QUAIS OBSTÁCULOS IMPEDEM A EXPANSÃO DO ENSINO DE BIOINFORMÁTICA NAS UNIVERSIDADES E INSTITUIÇÕES BRASILEIRAS?

Após adquirirmos a informação de que há uma distribuição desigual na implantação do ensino de Bioinformática entre as regiões brasileiras, é importante citar algumas dificuldades importantes que servem como obstáculos para a difusão dessa ferramenta na educação:

1. Estamos vivenciando a Era da Informação, que estimulou a facilidade de acesso à computadores e à busca de informações de qualquer parte do mundo, utilizando a Internet. No entanto, a infraestrutura de informática ainda é deficiente em países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento, como o Brasil, que possui uma parte da população sem acesso aos meios tecnológicos atuais, principalmente por dificuldades financeiras.
2. Os principais e mais utilizados portais de dados, como o NCBI, encontram-se na língua inglesa e com termos específicos, de caráter científico e tecnicista, o que limita a leitura de dados por estudantes e outros profissionais ainda não plenamente afeiçoados à área, além de precisar de conhecimento prévio para otimizar as buscas.
3. Dificuldade de apoio financeiro de fomento à pesquisa, pois, mesmo existindo instituições de fomento, como o CNPq, a comunidade de bioinformática no Brasil ainda tem muito a conquistar quando se trata, por exemplo, da participação de cientistas brasileiros para o desenvolvimento de bancos de dados.
4. Como podemos perceber nas tabelas 1 e 2, o Brasil ainda não possui uma quantidade significativa de grandes centros universitários que disponibilizem a formação de profissionais bioinformatas.
5. Em muitas instituições de ensino, as mulheres ainda são consideradas menos incluídas digitalmente do que os homens, o que as distanciam das atuais Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), embora existam diversas maneiras de criar ou implantar novas tecnologias em diversas áreas de conhecimento [1].

PORQUÊ INCENTIVAR O ENSINO DA BIOINFORMÁTICA NO BRASIL?

A utilização de ferramentas e informações obtidas pelo desenvolvimento da Bioinformática pode trazer avanços significativos para o campo da educação e da ciência brasileira, sendo alguns deles:

1. Softwares de Bioinformática são bem aceitos como uma ferramenta educacional em diferentes instituições de ensino, no Brasil, porque permitem aos alunos associar o conhecimento teórico, de biologia e computação, à realidade, por meio da prática em ambiente virtual [1].
2. O emprego da Bioinformática, tanto no Ensino Médio como no Ensino Superior brasileiro, pode ser visto como um meio para expandir projetos de iniciação científica, estimulando a participação dos alunos em eventos científicos, como feiras de ciências ou congressos [1].
3. Diante do Big Data, docentes e alunos têm a oportunidade de manipular diversos tipos de dados, como os biológicos, podendo compreender como organizá-los para descrever padrões existentes entre diferentes organismos e, assim, analisar seus aspectos evolutivos, por exemplo [1].
4. Professores e/ou pesquisadores, utilizando ferramentas da Bioinformática, podem prever funções e estruturas de proteínas específicas, descobrir as sequências de nucleotídeos de diversos organismos, além de poder alinhar essas sequências para descobrir mutações e/ou polimorfismos em determinada população de indivíduos [1].
5. Visto que o Brasil é o maior celeiro agrícola do mundo, ferramentas da Bioinformática podem auxiliar tanto no melhoramento genético de espécies de plantas, vegetais e frutas, desenvolvendo transgênicos, quanto na descoberta do genoma de pragas que causam prejuízos à produção agrícola, obtendo informações para o desenvolvimento de defensivos agrícolas específicos a elas [5, 8].
6. As ferramentas de Bioinformática não são restritas a experts e supercomputadores. Softwares gratuitos disponíveis na World Wide Web, como Translate Toll, Compute pI/Mw tool, SignalP 4.1, NetNGlyc 1.0, YinOYang 1.2, NetPhos 2.0, NetAcet 1.0, CPHmodels 3.2 e o Pymol, tornam o manuseio dessa ciência bastante acessível [1].
7. O desenvolvimento de softwares por bioinformatas auxilia em pesquisas que visem decodificar, por exemplo, sequências de genes de células cancerosas, além de encontrar partes específicas do DNA capazes de codificar proteínas causadoras de doenças, como Alzheimer e câncer.

Desse modo, ao compreendermos o advento da Bioinformática no mundo e no Brasil, além dos seus obstáculos e benefícios, podemos elaborar uma visão ampla sobre a importância de desenvolver essa área dentro da grade curricular do Ensino Superior brasileiro. Além disso, é necessária a implementação de mais programas de pós-graduação, formando profissionais bioinformatas ou biólogos computacionais, a partir de cursos de graduação, disponibilizados em diferentes regiões do Brasil. Somente assim, a ciência brasileira terá um avanço excepcional na manipulação de dados biológicos, na contribuição para bancos de dados internacionais e na elaboração de pesquisas científicas que contribuam para o desenvolvimento das áreas de medicina, farmácia e biotecnologia, por exemplo.

Referências

1. FREIRE, C. M. A. S.; DE MEDEIROS, S. C.; CARNEIRO, J. G.; JÚNIOR, J. E. M. et al. Proposta pedagógica em prática no ensino de Bioquímica na modalidade a distância: aproveitamento de softwares livres como facilitador do processo de ensino e de aprendizagem. Revista Thema, v. 15, n.4, p. 1442 -1455, 2018.
2. SILVA, SCHEILA DE AVILA E; NOTARI, DANIEL LUIS; DALL’ALBA, GABRIEL. Bioinformática: contexto computacional e aplicações. Caxias do Sul, RS: Educs, 2020
3. MORAES, ISABELLE DE OLIVEIRA; CEZAR-DE-MELLO, P. F. T. O que pensam os docentes sobre o uso da bioinformática no ensino de biologia. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia, v. 14, n. 2, p. 75-94, maio-agosto, 2021.
4. SELZER, P. M.; MARHÖFER, R. J.; KOCH, O. Applied Bioinformatics. 2. ed. Alemanha: Springer, 2018.
5. NESHICH, G. Computational biology in Brazil. PLoS computational biology, v. 3, n. 10, p. 1845–1848, 2007.
6. SALZANO, F. M. The evolution of science in a Latin-American country: Genetics and genomics in Brazil. Genetics, v. 208, n. 3, p. 823–832, 2018.
7. Associação Brasileira de Bioinformática e Biologia Computacional. Home. Disponível em: https://ab3c.org.br/site/ . Acesso em: 12 maio 2022.
8. O mundo, o Brasil e a bioinformática. Instituto de Física de São Paulo, 2012. Disponível em: https://www2.ifsc.usp.br/portal-ifsc/o-mundo-o-brasil-e-a-bioinformatica/ . Acesso em: 12 maio 2022.
9. PACHECO, DENIS. Laboratório de Bioinformática une computação e biologia na solução de problemas. Jornal da USP, 2019. Disponível em: https://jornal.usp.br/ciencias/laboratorio-de-bioinformatica-une-computacao-e-biologia-na-solucao-de-problemas/ . Acesso em: 12 maio 2022.
10. GOLDIM, J. R. Projeto Genoma Humano (HUGO). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1997. Disponível em: https://www.ufrgs.br/bioetica/genoma.htm . Acesso em: 14 jul. 2022.
11. THIEMANN, O. H. A descoberta da Estrutura do DNA: de Mendel a Watson e Crick. Química Nova na Escola, n.17, 2003. Disponível em: http://qnint.sbq.org.br/novo/index.php?hash=tema.33 . Acesso em: 14 jul. 2022.
12. International Society for Computational Biology. Home. Disponível em: https://www.iscb.org/iscb-degree-certificate-programs . Acesso em: 12 maio 2022.