Esta página contém a descrição, forma de operação, aplicação científica, Plano de Gestão e Compartilhamento de Uso do Equipamento Multiusuário (EMU) solicitado a FAPESP, na Chamad de Equipamentos Multiusuários Científico 2022. 

O Equipamento Multiusuário (EMU) solicitado é um Espectrômetro de Massas de alta resolução com fontes de ionização de ampla cobertura, acoplado a um sistema de separação por mobilidade iônica a dois sistemas de cromatografia líquida (UHPLC e nanoLC) para análises em metabolômica e proteômica. O Espectrômetro possui fontes de ionização de biomoléculas por Ionização por electrospray (ESI), nanoESI, otoionização à pressão atmosférica (APPI) e ionização por dessorção assistida por matriz (MALDI), o que permite análises de biomoléculas em modo shotgun e modo de imageamento, tanto para aplicações em proteômica como metabolômica. O sistema conta ainda com softwares e plataforma computacional de alto desempenho para armazenamento, processamento de dados brutos, análise de espectros de massas, identificação de biomoléculas e computação de alto rendimento para análise de dados de espectrometria e dados ômicos gerados, que permitirá a implementação de sistema gratuito web de processamento dos dados. A fonte MALDI permite ainda a análise de células, tecidos e biomassa de forma espacial, onde as proteínas e metabólitos são identificados diretamente das amostras biológicas, e não de seus extratos, ajudando na identificação da distribuição espacial das biomoléculas e seu translocamento nos organismos vivos. Além disso, o equipamento possui um modo de separação anterior ao analisador de massas por mobilidade iônica, denominado TIMS (trapped ion mobility spectrometry/ espectrometria de mobilidade por armadilha de íons). A separação por mobilidade iônica é uma abordagem muito poderosa para separar compostos isobáricos ou isoméricos.
O uso de mobilidade iônica (TIMS), especialmente em combinação com espectrometria de massas precisa de alta resolução, aumenta muito as capacidades de identificação e caracterização de substâncias e fornece uma propriedade física adicional para separar compostos isobáricos ou isoméricos. Especificamente, o equipamento solicitado é um timsTOF fleX LC-MS da fabricante Bruker, que possui um sistema UHR-OTOF de fonte dupla ESI/MALDI integrado de alto desempenho (Figura 1).

 

Figura 2. Representação esquemática das características do Espectrômetro de massas com espectrometria de mobilidade por armadilha de íons
(Fonte: Tims-TOF brochure; https://www.x-omics.nl/pdfs/2020festival/sponsorpdfs/bruker/Bruker-4_reasons_for_4D-Proteomics_ebook.pdf)


Esta configuração do instrumento, permite analisar com alta resolução, performance e sensibilidade amostras complexas de proteínas e metabólitos, podendo-se identificar, por exemplo, mais de 7500 proteínas de HeLa e 4300 proteínas de levedura em uma corrida de 60 minutos. Isso significa que proteomas de procariotos com genomas pequenos, que codificam em torno de 5000 genes podem ter seu proteoma básico (não incluindo isoformas ou proteínas com modificações pós-traducionais) identificado em uma única análise. Assim, estudos de proteômica tradicional, podem ser realizados para a grande maioria de amostras de eucariotos e procariotos em estudos de proteômica shotgun, quantitativa com e sem marcação (ex.: Label-free, Monitoramento paralelo de reações PSM) e proteômica de modificações pós-traducionais. De forma similar, o equipamento pode ser usado para estudos de metabolômica alvo e não-alvo de forma usual, com ou sem uso de padrões químicos, e usando-se bibliotecas disponibilizadas pelo fabricante ou pelos grupos de pesquisa associados para a identificação dos compostos e utilizando-se protocolos já testados disponíveis na literatura.
Metabólitos marcados isotopicamente podem ser analisados com esta instrumentação de forma a permitir inclusive a separação de mais de um diferente tipo de marcação isótopica em uma mesma análise, o que permitiria a quantificação da contribuição proporcional de metabólitos substratos comuns oriundos de duas fontes ou organismos, marcados com diferente isótopos, que podem contribuir para uma mesma via metabólica. Isso é possível devido a característica única do equipamento em realizar o acoplamento do aprisionamento de íons em dois passos na espectrometria de mobilidade iônica, associado ao método de alinhamento de mobilogramas (Mobility Offset Mass Aligned- MOMA) possibilitando a detecção e quantificação de isóbaros de massas muito próximas e isômeros das moléculas detectadas (proteínas ou metabólitos).

 

O A equipe técnica de apoio que irá atuar diretamente com o EMU é composta por três docentes pesquisadores do CENA e três funcionários técnicos de nível superior especializados da USP, cujas competências estão descritas a seguir:

 

Docentes pesquisadores do CENA
Prof. Dr. Ernani Pinto Junior: É Professor Titular da Divisão de Funcionamento de Ecossistemas Tropicais (DVECO) do CENA-USP. É farmacêutico-bioquímico (FCF-USP/1998) e concluiu o doutorado em Bioquímica, pelo Instituto de Química-USP (2002). Foi professor doutor e associado (livre docente) da FCF-USP em toxicologia entre 2003 e 2019. Possui sólida experiência em cromatografia líquida e gasosa e seus diferentes detectores, incluindo analisadores de massas (QqQ, QTOF, Orbitrap e IonTrap). Atua na área de toxicologia ambiental aquática, metabolômica, com ênfase em análises de cianotoxinas, peptídeos, produtos naturais de cianobactérias e microalgas com o uso de ferramentas baseadas em espectrometria de massas e RMN. Também possui como linha de pesquisa a investigação de vias biossintéticas de metabólitos secundários e por meio de precursores marcados com isótopos estáveis com 13C, D, 18O e 15N. Como linha de pesquisa aplicada, desenvolve projetos na área de toxicidade e qualidade da água em ETAs e ETEs. Foi Coordenador Adjunto da Área de Farmácia na CAPES para o quadriênio 2013/17. É pesquisador associado do Food Research Center (FoRC), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiados pela FAPESP. Atualmente é Diretor do CENA-USP, mandato 2022-2026.

Prof. Dr. Diego Mauricio Riaño-Pachõn: Possui formação em Biologia pela Universidad Nacional de Colombia (UNAL), doutorado em Bioinformática pela Universidade de Potsdam (Alemanha) e Pós-doutorado no Instituto de MaxPlanck de Fisiologia Molecular de Plantas (Alemanha). Desde 2018 é docente do CENA, liderando grupo de pesquisa em Biologia computacional, evolutiva e de sistemas. Foi docente da Universidad de los Andes (Colômbia) e pesquisador líder de Bioinformática no CTBE (CNPEM) em Campinas atuando em diversos projetos de análises ômicas realizados em convênio com instituições públicas e privadas, tendo diversas publicações científicas na área. Foi Pós-doutor no Instituto de Química da USP na área de Biologia de Sistemas. Desenvolveu diversas plataformas computacionais de dados biológicos incluindo dados de anotação gênica, dados de sequenciamentos de transcritos e dados proteômicos. Liderou a construção da primeira plataforma de dados de anotação de genes e proteínas fatores de transcrição em plantas e atuou na construção da primeira plataforma integrativa de dados ômicos de Arabidopsis, GABIPD (http://www.gabipd.org/). Atuou no Brasil na co-supervisão da criação da plataforma Galaxy, disponível em http://143.107.55.132/galaxy/ para análise de dados ômicos e da plataforma de integração e mineração de dados de microalgas, PhycoMine, disponível em https://phycomine.iq.usp.br/phycomine/begin.do.

Profa. Dra. Flavia Vischi Winck: Possui formação em Biologia e Bioquímica pela UNICAMP, doutorado em Biologia Molecular pela Universidade de Potsdam (Alemanha) e Pós-doutorado em Engenharia Química pela Universidad de los Andes (Colômbia). Atua desde 2000 nas áreas de Bioquímica, em especial química de proteínas, espectrometria de massas e mais recentemente em biologia de sistemas, tendo participado ativamente do primeiro projeto proteoma do Brasil (Proteoma da Xylella fastidiosa). Atuou em seu mestrado e doutorado em estudos de proteômica de diversos modelos biológicos tendo publicações com o uso de diferentes plataformas de espectrometria de massas, incluindo MALDI-ToF, LC-MS dos modelos Q-ToF e Orbitrap. Tem experiência em proteômica shotgun (label-free quantification), baseada em géis e proteômica subcelular (organelas e modificações pós-traducionais). Atuou entre 2013 e 2015 como pesquisadora do grupo de pesquisa em Proteômica (MAS facility) do Laboratório Nacional de Biociências (LNBio) do CNPEM em Campinas, que atende em média 100 projetos por ano. Atuou desenvolvendo pesquisas científicas na área de proteômica de descoberta, subcellular e proteômica computacional, atuando também no desenvolvimento de estratégias de melhoria de atendimento de usuários da facility de proteômica do CNPEM, tanto para melhoria do uso de tempo de máquina como análises para melhorias de infraestrutura computacional e treinamento para análise de dados e bioinformática, tendo inclusive publicações científicas no tema e elaborado documentos técnicos tutoriais públicos para os usuários (https://lnbio.cnpem.br/wp-content/uploads/2012/11/Tutorial_MaxQuant-protein-identification_release-v1_28052015.pdf; https://lnbio.cnpem.br/wp-content/uploads/2012/11/Tutorial-Perseus_02062015_release_v1.pdf). Foi docente do Instituto de Química da USP em São Paulo de 2015 a 2020, onde atuou em estudos de proteômica e metabolômica usando espectrometria de massas. Desenvolveu plataforma pública para análise de dados proteômicos de forma a oferecer infraestrutura computacional de alta performance via web, pela plataforma Galaxy, que é disponível em http://143.107.55.132/galaxy/. Desde 2020 é docente do CENA e lidera o grupo de pesquisa em Biologia de Sistemas Regulatórios. É suplente da presidência de Central de Equipamentos Multiusuário de Análises Biológicas e Bioquímicas do CENA, membro titular da Comissão de usuários da Central Analítica do Instituto de Química da USP, e usuária avançada do equipamento de Espectrometria de massas de alta resolução da Central Analítica do Instituto de Química da USP.
Prof. Dr. Antonio Figueira: É professor titular do CENA desde 2011, engenheiro agrônomo (UFRRJ, 1983) e PhD pela Purdue University (1992). Possui livre docência pelo CENA (2003). Foi Visiting Scholar em Purdue University (1996/1997) e Fullbright Fellow na The Pennsylvannia State University (2007/2008). Atua em biologia molecular de plantas com foco na interação planta patógeno e uso de RNA interferente no controle de pragas e doenças agrícolas. Foi diretor (2010-2014) e vice-diretor do CENA (2006-2010) e diretor-executivo da Fundação de Apoio a Universidade de São Paulo – FUSP (2015-2022).

Funcionários nível superior do CENA-USP / Técnicos especializados
MSc. Ralf Vieira de Araujo: O Sr. Ralf Araujo é biológo (Bacharel e Licenciado em Ciências Biológicas pela ESALQ/USP). Atualmente trabalha como Especialista de Laboratório no Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA-USP), Laboratório de Biogeoquímica Ambiental. Atua no planejamento dos projetos de pesquisa desenvolvidos e no apoio às atividades de campo e laboratório. Possui experiência em amostragem e análises químicas/físicas de solos, amostragem e análises de gases para avaliação de emissão de gases do efeito estufa e gestão de projetos de pesquisa. Dedica-se ao desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação de compostos voláteis por cromatografia gasosa em análises de gases CO2, CH4 e N2O (Cromatógrafo a Gás Shimadzu GC-14a). Também é responsável pelos equipamentos LC-MS e GC-MS Agilent instalados na Central CMABBq CENA-USP, sob a coordenação do Prof. Ernani Pinto. É supervisor de proteção radiológica do Laboratório de Biogeoquímica Ambiental, licenciado pela CNEN para Uso e Manuseio de Fontes Radioativas. Auxilia estudantes em seus diferentes níveis de formação e pós-graduação.

Lilian Assencio de Campos Duarte: A Sra. Lilian Duarte se formou em biologia (Licenciatura em Biologia pela Universidade Metodista de Piracicaba/2001) e possui especialização em Manejo de Solos Tropicais pela ESALQ-USP. Atualmente é especialista nível superior responsável do Laboratório de Biogeoquímica Ambiental do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA-USP). Tem grande experiência na área de Agronomia, com ênfase em Química do Solo (Análises da Matéria Orgânica do Solo). Dedica-se ao treinamento de estudantes para boas práticas em laboratório, preparo de amostras e operação de equipamentos. Realiza análises de rotina para a determinação de íons (nitrato, nitrito e fosfato) por FIA e também carbono total e dissolvido (TOC Shimadzu) em diversas matrizes. Recentemente, também é responsável pelos equipamentos LC-MS e GC-MS Agilent instalados na Central CMABBq CENA-USP, sob a coordenação do Prof. Ernani Pinto.

Guilherme Furlan: Atuou em viagens para coleta de amostras no campo (água, solo, planta e gás), recebimentos de amostras, treinamento para alunos (boas práticas laboratoriais, preparo de amostras e operação de equipamentos) preparo de soluções, calibração e operação dos equipamentos para análise de carbono, nitrogênio e enxofre total via combustão (Leco Truspec Micro), carbono orgânico e inorgânico dissolvido (Shimadzu TOC), amônio e nitrato via sistema de fluxo de injeção contínua (FIA), análises de gases CO2, CH4 e N2O (Cromatógrafo Gasoso Shimadzu GC-14a) e cálculos dos elementos analisados. Nas tarefas administrativas auxiliava meu superior imediato na compra e manutenção do estoque dos reagentes/consumíveis necessários para o laboratório e fazia as requisições de serviços e manutenções para o laboratório.
Auxilia superior imediato nas tarefas administrativas (compras, requisições), no atendimento aos alunos, no treinamento para novos usuários do cluster, e também no desenvolvimento de software para pesquisas do laboratório.