Potencialidades do uso da bioinformática como ferramenta de ensino

Ao longo dos últimos anos a bioinformática vem ganhando cada vez mais espaço em pesquisas relacionadas com diversas áreas das ciências biológicas e exatas. No entanto, ainda é pouco abordada em salas de aula. O distanciamento entre o ambiente de pesquisa e a docência deve-se ao fato que a Bioinformática ser relativamente recente, e tal motivo pode-se ser explicada por não ter sido abordada durante o processo de formação da maioria dos professores. Porém, mesmo com esta questão relacionada com a formação docente, a bioinformática não pode mais estar ausente das aulas quer seja na educação básica ou no ensino superior; e por isso é importante que os docentes sejam estimulados a introduzir em suas práticas pedagógicas elementos de bioinformática. Introduzir temas de bioinformática ou até mesmo utilizá-la como uma ferramenta para ensinar conteúdos moleculares pode ser uma importante e eficiente estratégia pedagógica, de forma a contribuir significativamente com o processo de ensino e aprendizagem.

Autores: Francisco Bruno de Sousa, Antônia Natália Pedro, Bianca Nascimento Araújo, Tarcisio José Domingos Coutinho

Revisão: Angie Puelles

Cite este artigo:

Sousa, FB et al. Potencialidades do uso da bioinformática como ferramenta de ensino. BIOINFO. ISSN: 2764-8273. Vol. 3. p.01 (2023). doi: 10.51780/bioinfo-03-01

INTRODUÇÃO

A bioinformática é, na sua essência, uma área interdisciplinar, pois conhecimentos sobre ciência da computação, biologia, química, física, estatística, dentre outras áreas das ciências biológicas e exatas, são requisitados para que análises, especialmente moleculares, sejam realizadas [1].

Quando analisamos o ambiente acadêmico/escolar percebemos que a bioinformática está presente em diversas linhas de pesquisa de programas de pós graduação assim como nas pesquisas desenvolvidas pelos mais diferentes laboratórios tanto no Brasil quanto em outros países, no entanto quando olhamos para a graduação e a educação básica percebemos que esta área está muito distante das salas de aula destas modalidades de ensino [2-4].

Vários aspectos podem ser considerados para tal distanciamento, desde questões relativas à formação docente, passando pela baixa publicação de artigos que tratem de experiências na área, até mesmo a ausência de ambientes minimamente estruturados para que as aulas sejam ministradas. Vale ressaltar que a ideia abordada aqui não é o ensino de bioinformática em si e de como deverá ser aplicada na sua mais diversas análises; mas sim em como abordar temas relacionados a ela dentro das mais diversas áreas da biologia molecular, com a finalidade de melhorar o processo de ensino e aprendizagem [5-6].

Compreender como as moléculas biológicas funcionam ou até mesmo como evoluem não é uma das atividades mais simples da vida de um discente, seja ele do ensino médio ou da graduação. Esta dificuldade está relacionada, em vários casos, com a capacidade de abstrair, ou seja, de imaginar a atuação das moléculas nas diversas vias metabólicas, bem como com as metodologias utilizadas para a explicação do conteúdo, que normalmente são pouco dinâmicas e priorizam apenas a memorização de informações sem estimular o senso crítico dos discentes [7].

Nesse contexto, explorar temas relacionados com a bioinformática assim como dados biológicos moleculares reais em sala de aula, permite ao docente uma nova forma de ministrar os conteúdos bem como ao discente uma maneira diferente de visualizar o tema abordado, ou seja, a bioinformática, antes restrita aos ambientes de pesquisa, agora pode ser inserida na sala de aula atuando como uma importante ferramenta pedagógica [8].

COMO INSERIR?

Inserir a bioinformática na sala de aula pode ser um processo demorado e, para isso requer tempo, determinação e planejamento pela parte do docente, uma vez que o objetivo não é simplesmente substituir uma metodologia de ensino por outra, mas sim, criar um novo ambiente que facilite tanto a ministração quanto a aprendizagem do conteúdo que será abordado. Sendo assim, é importante que o docente que se propõe a inserir a bioinformática em sua sala de aula comece da forma mais simples possível e à medida que for ganhando confiança explore cada vez mais as possibilidades [9].

O que será abordado a seguir são sugestões simples e objetivas de como docentes, independente da experiência nos temas e do nível de ensino, utilizem a bioinformática em suas salas de aula.

A bioinformática não é para toda aula

O ideal quando o docente planeje seu plano de aula,  se faz necessário levar em consideração a abordagem os diversos temas de sua componente curricular diversificando as metodologias empregadas. Esta não é uma ação fácil de ser executada, pois muitas vezes os docentes utilizam uma única metodologia, ora por questão de ser mais confortável ou menos desafiador ora por questão de disponibilidade de tempo, já que muitas vezes o mesmo está envolvido em várias atividades além de suas aulas [10].

Por mais interessante que a metodologia seja e por mais que os discentes sejam envolvidos por ela, a repetição demasiada a tornará um elemento comum que com o passar do tempo, provavelmente, perderá o impacto alcançado anteriormente. Portanto, é importante que durante o planejamento haja uma organização no sentido de qual metodologia seja mais adequada para a ministração de determinado conteúdo [11].

Desse modo, antes de colocar qualquer uma das sugestões a seguir em prática, é importante que cada docente conhecendo bem sua componente curricular escolha o(s) melhor(es) momento(s) onde o mesmo possa explorar o conteúdo utilizando elementos de bioinformática em sua aula.

Explore textos científicos e/ou jornalísticos

Uma das formas mais simples de inserir a bioinformática nas aulas é utilizando trechos ou textos completos de artigos científicos ou jornalísticos, pois permitem ao docente mostrar tanto o impacto do ponto de vista científico quanto a atualidade do tema que está sendo tratado [12].

Um aspecto importante que deve ser considerado nesta abordagem é esforça-se na contextualização dos recortes aos discentes sobre a importância da bioinformática e das análises computacionais realizadas através da abordagem aplicada pela parte dos pesquisadores e/ou jornalistas que escreveram o texto utilizado na aula. Sem a contextualização, muitos discentes não entenderão sobre os avanços aplicados na compreensão dos mecanismos moleculares, que só foram possíveis devido à análise de sequências biológicas através de ferramentas computacionais.

A forma como o texto será explorado depende muito do docente e do tema da aula, mas imaginando por exemplo, que a aula seja sobre a genes e tamanho de genomas, o docente pode iniciar a aula com a seguinte pergunta: como sabemos quantos genes cada organismo possui? A partir daí os discentes formularão suas hipóteses e logo após isso uma notícia ou um artigo sobre projeto genoma humano ou de outros organismos podem ser compartilhado para a leitura, em seguida o docente estabelece um debate sobre as hipóteses levantadas e o texto compartilhado, realçando a importância das ferramentas computacionais utilizadas, bem como dos profissionais bioinformatas responsáveis pelas análises.

Outro exemplo seria em uma aula sobre heterocromatina e eucromatina relacionado com a diferenciação celular, o docente solicita previamente que os discentes tragam imagens impressas de células humanas (quantidade a critério do docente) e informações básicas como órgão ao qual elas pertencem e suas respectivas funções. Ao chegar na sala com esse material os discentes serão convidados a construírem um quadro comparativo (modelo a critério do docente) mostrando as principais semelhanças e diferenças entre os tipos celulares e sugerir, do ponto de vista molecular, uma explicação para as igualdades e diferenças encontradas. Uma vez o quadro pronto e as hipóteses levantadas, o docente compartilha um artigo ou texto jornalístico que trate da expressão diferencial de genes e coordena uma discussão sobre como o quadro, as hipóteses e o artigo/texto interagem e ainda aborda sobre RNAs e as análises computacionais relacionadas com essas moléculas.

Utilizando banco de dados

As sequências, estruturas e até mesmo informações relacionadas com as funções das moléculas e suas participações nos mecanismos moleculares dos mais diversos organismos normalmente são organizadas em ambientes virtuais de acesso livre e gratuito que conhecemos como banco de dados. Com certeza qualquer pessoa que realize uma busca simples, minimamente orientada por um tema, na internet por esses ambientes virtuais ficará surpreso com a quantidade e diversidade dos mesmos [13].

Alguns dos bancos de dados mais utilizados e conhecidos por quem usa a bioinformática ou algo relacionado a ela, estão contidos no site do Centro Nacional para Informação Biotecnológica (do inglês, National Center for Biotechnology Information – NCBI) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) que é organizado e financiando pelo governo dos Estados Unidos da América. No NCBI encontramos bancos de dados que permitem ao usuário (que é quem está buscando a informação) encontrar artigos científicos como o PubMed e o PubMed Central, genomas de organismos como o Genome e sequências de ácidos nucleicos como o Nucleotide e proteínas como o Protein [14].

Além dos bancos de dados contidos no NCBI há diversos outros que podem ser utilizados em aulas que tratem de temas relacionados com a biologia molecular, como por exemplo: o ViralZone (https://viralzone.expasy.org/) que consiste em um ambiente que contém informações diversas sobre estrutura, funcionamento e organização do material genético, dentre outros aspectos, de centenas de vírus, permitindo que o docente utilize amplamente os recursos disponíveis para explorar diversas questões moleculares relacionadas a estes organismos [15].

Outro banco de dados interessante e que pode ser pode ser amplamente utilizado em aulas é o VFDB – virulence factor database (http://www.mgc.ac.cn/Vfs/main.htm), que consiste em uma ferramenta que permite que várias análises comparativas em relação à diversidade e quantidade de fatores de virulência em bactérias. O docente pode comparar diversos fatores de virulência de forma inter e intra gêneros bacterianos de forma a permitir aos discentes um aprofundamento sobre os mecanismos adaptativos moleculares relacionados com a patogenicidade [16].

Mais um banco de dados interessante é o PDB – Protein Data Bank (https://www.rcsb.org/) que é um banco de dados de estruturas tridimensionais de proteínas que é excelente para mostrar aos discentes aspectos relacionados com a forma e função de diversas proteínas. Outro aspecto que chama a atenção nesse banco é na existência de uma seção voltada exclusivamente para o ensino onde o docente pode encontrar recursos educacionais e materiais didáticos prontos para o uso em sala [17-18].

Sobre esses e outros bancos de dados que podem ser utilizados é importante ressaltar que a maioria deles não foi planejado e/ou projetado para ser uma ferramenta pedagógica, uma vez que os mesmos foram pensados para serem ambientes de auxílio para pesquisas científicas e, portanto, não exploram os aspectos pedagógicos. Então, por que usá-los? Há várias respostas para isso, mas seremos breves.

Os bancos de dados na sua maioria apresentam curadoria, ou seja, as informações que estão contidas nos mesmos são validadas por especialistas, o que permite que o docente trabalhe com dados seguros [19]. Além disso, possuem interface gráfica amigável (visualmente são atrativos e partem do princípio da simplicidade para manuseio dos dados) o que é uma excelente oportunidade para o docente utilizar em suas aulas, pois permitem que os discentes acessem informações de uma forma mais confortável e amistosa, o que pode estimular a curiosidade dos mesmos [20-21]. Por fim, o docente pode utilizá-los não apenas para demonstrar um aspecto de sua aula, mas também pode utilizar esses ambientes para que seus discentes realizem pesquisas científicas através, por exemplo, do que chamamos de aprendizagem baseada em problemas, ou seja, usando dados reais para estimular seus discentes a resolverem situações reais e assim desenvolverem ainda mais o raciocínio e o senso crítico [22-23].

Alinhamento de sequências

A análise mais simples, do ponto de vista técnico, que é realizada por um bioinformata é o alinhamento entre duas ou mais sequências de moléculas biológicas, especialmente DNA e proteínas [24].

De forma simplificada, um alinhamento entre sequências consiste em colocar uma embaixo da outra de forma a comparar as mesmas, posição por posição de cada nucleotídeo ou aminoácido em regiões específicas ou ao longo de toda a molécula. Essa análise de similaridade (o quanto que elas são semelhantes e entenda semelhança pelo número de caracteres iguais nas mesmas posições nas sequências) é um dos passos mais importantes para várias análises em bioinformática [25] (Figura 1).

Figura 1. Exemplo de alinhamento entre 4 sequências de DNA (presença de timina – T) mostrando algumas regiões conservadas (os nucleotídeos não mudam de uma sequência para a outra) e variáveis (nucleotídeos mudam de uma sequência para a outra). Fonte: próprio autor.

DESAFIOS PARA A INSERÇÃO

Inserir a bioinformática na sala de aula com certeza é uma tarefa desafiadora por vários motivos para os docentes, inclusive alguns já foram tratados ao longo do texto, no entanto, é uma temática que não pode mais ficar de fora das salas de aula tanto graduação quanto do ensino médio, pois além de importante em relação aos avanços científicos que temos presenciado ao longo dos últimos anos, pode ser uma forma eficiente de explicar conteúdos e atrair cada vez mais a atenção dos discentes para as áreas das ciências biológicas e exatas [31-32].

Um dos principais desafios é com relação à formação dos docentes que desejam inserir a bioinformática em suas aulas, pois no Brasil essa área é relativamente nova e não faz parte da maioria dos cursos de graduação, especialmente licenciaturas, das ciências biológicas e exatas, o que faz com que a maioria dos docentes que estão espalhados pelo país não tenham conhecimento necessário para inserir essa temática em suas práticas pedagógicas [6, 33].

Uma alternativa para esta questão da formação docente está em produzir cursos tanto presenciais quanto online, que tratem a bioinformática como ela está sendo proposta aqui, ou seja, como um meio que facilite o aprendizado, dessa forma os docentes sentiriam mais confiança em inserir esta área em suas salas de aula e os discentes além de melhorarem a compreensão em alguns temas teriam conhecimento sobre uma área em expansão, o que seria importante para a divulgação da bioinformática no país [34-36].

Ainda atrelado à formação docente, há poucos artigos científicos mostrando experiências relacionadas com o uso da bioinformática em sala de aula no país, da mesma forma como é escassa a produção de material didático com esta finalidade, o que difere muito quando buscamos por artigos produzidos por pesquisadores de outros países. É importante que pesquisadores brasileiros que conhecem a realidade do país produzam conteúdo que colabore com colegas docentes que atuam em nessas condições, ou seja, precisamos de exemplos e alternativas viáveis de acordo com nossa situação e não apenas nos espelharmos em experiências que foram executadas em condições totalmente diferentes [37-39].

Por fim, há um desafio do ponto de vista estrutural, especialmente quando tratamos de escolas públicas, que é a dificuldade de existir um ambiente com computadores e internet para a execução de algumas atividades propostas aqui. A dificuldade estrutural em nosso país não está limitada à uma sala de computadores, sabemos que muitas escolas não possuem laboratório para aulas práticas, às vezes até a própria condição da sala de aula não é a mais adequada [40-42].

Por isso, o uso de textos, como citado anteriormente, pode ser uma alternativa assim como o estabelecimento de parcerias com instituições de ensino superior que disponibilizem seus laboratórios de informática, da mesma forma que caso o docente tenha à sua disposição um computador e um projetor, pode baixando as sequências e softwares específicos como o MEGA, realizar algumas atividades.

Por fim, outro fator que pode complicar as atividades é que todos os bancos de dados e softwares que foram tratados aqui, na maioria dos casos, não foram projetados com a finalidade pedagógica, como já citado, nos quais se encontram em língua inglesa. É preciso estimular também a criação de bancos de dados e softwares brasileiros e em português com estas finalidades, uma vez que as dificuldades já são enormes para o professor brasileiro conseguir executar minimamente seu trabalho, no entanto, enquanto isto não for uma realidade, sugerimos ações interdisciplinares, especialmente nas escolas de ensino médio, entre os docentes de linguagens, biológicas e exatas.

Apesar das dificuldades levantadas e sabendo que os docentes já possuem tantas outras no seu dia a dia e sem lhes impor mais uma responsabilidade ou tratá-los como super heróis capazes de superar todas as dificuldades, acreditamos que inserir a bioinformática na prática pedagógica pode render bons resultados para todos os envolvidos. Portanto, caso tenha interesse e disposição, convidamos a todos a inserir a bioinformática em sua sala de aula.

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