Frances Arnold, Nobel de Química, 2018

 Frances Arnold e suas aventuras científicas com as enzimas

Olá a todas e todos, como vocês estão? Nós estamos bem e gostaríamos de fazer uma pausa para comemorar a primeira dose da vacina de duas das autoras desse texto: Prof.ª Dr.ª Glaucia Pantano e Prof.ª Dr.ª Camila Silveira!!! Vacina é vida!!! Viva o SUS!!!

Agora voltando… estamos muito felizes em fazer mais uma viagem no tempo com vocês! Hoje conheceremos uma mulher corajosa, apaixonada pelas Ciências e que sempre está em busca de aventuras! Vem com a gente?

Frances Hamilton Arnold nasceu em Pittsburgh, Pensilvânia, nos Estados Unidos da América (EUA), em 25 de julho de 1956. Seu pai a chamava de “Cisne” (até que esse apelido foi trocado por “Vampira” quando era adolescente). Ela é a segunda filha de William Howard Arnold e Josephine Inman Routheau e o irmão mais velho, Bill, tinha dois anos e meio quando ela nasceu. 13 meses após seu nascimento, vieram seus irmãos Edward, depois David e finalmente Thomas. Nessa época, Frances já tinha 12 anos e, de acordo com ela própria, tinha idade suficiente para tomar conta de um bebê.

A família de Frances H. Arnold era católica e muito grande, sendo que muitas das pessoas, até hoje, ainda se reúnem em casas de veraneio em Macatawa, na costa leste do Lago Michigan. As mulheres comandavam tudo, organizando as grandes reuniões familiares que aconteciam nos verões. Frances considerava Macatawa um paraíso durante sua juventude, porque as crianças podiam correr livremente, em grupos ou sozinhas. Em determinada ocasião, sua mãe ficou desesperada quando viu o triciclo de Frances abandonado no final das docas, enquanto Frances se encontrava embaixo delas, desenterrando um caranguejo.

Sem internet ou televisão, aproveitava o tempo com livros, bicicletas, amigas e amigos. Frances conta que leu todas as edições da revista “Readers’ Digest” (publicada no Brasil com o título de “Seleções”) e as revistas do “Analog: Science Fiction and Fact” (“Analógico: Ficção Científica e Fato”, em tradução livre) que seu pai adorava. Ela ficava fascinada com os relatos de membros amputados sendo colocados por meio de cirurgias e se imaginava seguindo um ídolo, o Dr. Christiaan Barnard, que realizou o primeiro transplante de coração humano em 1967. Em um único verão, Frances leu todos os livros de Medicina disponíveis na Biblioteca Pública Local de Holland, mas abandonou a ideia de ser uma cirurgiã quando descobriu que a mera visão de sangue a deixava nauseada.

Os verões eram maravilhosos para a pequena Frances H. Arnold, mas os anos escolares em Pittsburgh eram outra história. De acordo com a cientista, ninguém sabia o que fazer com uma garotinha esperta na década de 1960. Tentativas para manter Frances ocupada incluíram aulas de música (piano e violino), muitos projetos de costura e arte, patinação no gelo (o que envolvia caminhar quase um quilômetro e meio em dias congelantes até o ringue de patinação) e aulas de catequese aos sábados em Wilkinsburg, que mais uma vez incluía caminhar na neve, chuva ou sol. Frances conta que passava o máximo de tempo possível fora de casa, procurando por salamandras e garrafas de refrigerante que podiam ser trocadas na farmácia local por dois centavos. Ela conduzia seus irmãos mais jovens em aventuras que envolviam explorar grandes calhas e canos; e quando isso não era possível por causa da neve, assistiam as reprises da série “I Love Lucy” na televisão e jogavam inúmeros jogos de guerra.

Seu pai, um físico experimental que recebeu o título de doutor em Princeton em 1955 aos 24 anos, deixou a vida acadêmica alguns anos depois para trabalhar na indústria nuclear, que dava seus primeiros passos na época. A Corporação Elétrica Westinghouse em Pittsburgh iria fornecer uma eletricidade muito barata e ele auxiliou na criação da tecnologia do reator pressurizado de água que era preciso para tornar isso realidade. Com isso, nos anos 60, o pai de Frances passava muito tempo fora de casa, ficando longos períodos em Nevada para fazer testes nucleares. Mas quando estava em casa, ele adorava construir modelos de casas e aviões, ouvir música clássica, ler e trabalhar em suas coleções de selos e moedas. Frances H. Arnold considerava seu pai a pessoa mais inteligente do mundo porque ele sabia explicar como as coisas funcionavam e conseguia consertar praticamente tudo. Para passar tempo com ele, Frances e seu irmão Eddy disputavam os selos repetidos da coleção e os dividiam entre si. Ao colecionar selos, Frances aprendeu geografia e que os limites geográficos, governos e até mesmo idiomas, mudavam com o tempo. Também aprendeu que impérios desmoronam e que antigas colônias ganham independência.

Frances foi uma aluna brilhante no Ensino Fundamental. Aos dez anos de idade, muito à frente das(os) colegas, passava grande parte do tempo desenhando, fazendo pessoas de papel para suas amigas e amigos e aperfeiçoando sua escrita espelhada (por ser canhota, gostava de escrever ao contrário e impressionar as pessoas). Seus pais, então, convenceram a escola a deixá-la participar de algumas disciplias do Ensino Médio e uma de suas aulas extras favoritas era datilografia, mesmo não sendo muito boa e precisando sentar-se em cima de duas listas telefônicas para conseguir alcançar a máquina de escrever, enquanto as(os) demais estudantes riam da pequena Frances sentada nas listas. Ela conta que ainda possui cartas que datilografou para seu pai durante as aulas. Também participou de aulas de desenho mecânico que, mesmo sendo bastante desafiadoras, a ensinaram a importância de olhar e descrever objetos por meio de diferentes perspectivas.

Aos 13 anos, Frances H. Arnold estava cansada do ensino na sala de aula. Era 1969 e a cidade de Baltimore, onde sua família morava na época, estava um caos por causa dos protestos devido ao assassinato de Martin Luther King Jr., em abril do ano anterior. Frances não foi admitida de volta na escola privada para garotas que sua mãe havia batalhado muito para colocá-la. Então, em vez de frequentar a escola, Frances começou a pedir carona para Washington D.C. para ir aos protestos contra a guerra e passou apenas metade do 9º ano na escola pública do centro da cidade, até o emprego do seu pai levar a família de volta para Pittsburgh. Essa mudança só tornou sua viagem para os protestos mais longa.

Como uma adolescente que queria entender o mundo, mas que ainda não tinha como explorá-lo, Frances conta que se distanciou de suas(seus) colegas e da família. Viveu por conta própria em um apartamento terrível, degradado e infestado de insetos no terceiro andar de um prédio em um bairro violento, trabalhando em diversos empregos para pagar seu aluguel e suas contas. Tudo isso enquanto sonhava com um futuro que iria libertá-la das limitações de ser uma mulher jovem no início dos anos 1970. Seus empregos foram vender sementes aos 10 anos, comprou sua bicicleta assim; garçonete de lanchonete aos 14 anos; auxiliar de pizzaria quando tinha 15 anos; funcionária de loja de departamento e recepcionista aos 16; garçonete de bar quanto tinha 17 anos, sendo que Frances mentiu que tinha 22 para poder trabalhar lá; garçonete no famoso clube de jazz de Pittsburgh Walter Harper’s Attic aos 18; e motorista de táxi, também com 18 anos.

Frances H. Arnold em 2012 - Fonte: Wikimedia Commons; Licença: CC BY-SA 3.0.

Até se mudar para a Universidade, Frances H. Arnold tinha se tornado especialista em manobrar um enorme táxi amarelo nas colinas íngremes e nas ruas esburacadas de Pittsburgh. Aquelas ruas eram mais estreitas que seu táxi, mas as(os) clientes insistiam que ela conseguiria passar e, geralmente, estavam certas(os). Sem GPS na época, ela construiu mapas em sua cabeça e até hoje se beneficia do bom senso de direção que desenvolveu. Dirigir um táxi foi um trabalho muito difícil, com dias longos que resultavam em 20 ou 25 dólares, mas em poucas semanas Frances passou dos táxis velhos, sujos e caindo aos pedaços que davam para as(os) novas(os) motoristas para os táxis novos e limpos, que rendiam gorjetas maiores. Mas a diversão teve que acabar, afinal, ela estava indo para a Universidade.

Em 1974, Frances H. Arnold ingressou na Universidade de Princeton. Nessa época, as primeiras mulheres estavam se formando, pois a Universidade de Princeton apenas começou a aceitá-las em 1969. Apenas 15% da sua classe eram mulheres, e a porcentagem diminuía na Engenharia Mecânica e Aeroespacial (EMA), área que Frances escolheu. Não apenas a Universidade de Princeton, mas muitas outras ao redor do mundo e inclusive no Brasil, passaram a receber alunas recentemente (há menos de 100 anos atrás). Além disso, em algumas partes do mundo, as mulheres ainda são proibidas de terem acesso à Educação. Os reflexos disso permanecem e causam grandes prejuízos na vida delas, por exemplo, fazendo com que elas sejam minoria e sofram preconceito nas Ciências e Engenharias. Por isso, o MMC reforça sempre a importância de lutarmos pela justiça social para as mulheres, para que nós possamos estudar e escolher nossos próprios caminhos, quaisquer que eles sejam!

Mas apesar das dificuldades e das poucas mulheres na turma, Frances H. Arnold permaneceu na EMA. Frances estava ocupada adquirindo o máximo de conhecimento e novas ideias que conseguia: italiano, economia, teoria socialista, russo, literatura russa, história da arte e muita matemática e física. Sua falta de interesse pela química refletiu no seu ano como caloura e ela não progrediu nessa área na época.

Em Princeton, Frances continuou a dirigir táxis, trabalhar na biblioteca, montar equipamentos eletrônicos e limpar a casa do filósofo Thomas S. Kuhn. Ela precisava de dinheiro para sustentar seu vício em viajar pela companhia aérea Laker Airways, a qual tornava possível viajar para Londres por 99 dólares para quem tivesse disposição de esperar em uma fila de bilheteria às quatro horas da manhã em Manhattan e viajar meia noite no mesmo dia. Durante seus últimos dois anos em Princeton, Frances passava todo feriado em Londres, Itália ou Paris.

Viajar abriu um horizonte fascinante de diferentes culturas e culinárias, Frances conta que ama a criatividade das pessoas com a comida e ficou encantada em aprender que a comida do cotidiano poderia ser deliciosa. Ela lembra que, no seu penúltimo ano no Ensino Médio (1973), seus avós maternos levaram ela e seu irmão Bill para um grande tour na Europa. Sendo assim, visitaram a Europa por muitos anos, viajando para suas cidadezinhas favoritas na Áustria, Alemanha, França e Itália. Passaram dois meses inteiros na estrada, não ficando mais que duas noites em um único lugar. Todas e todos pareciam conhecer e amar seus avós, Edward e Josephine Routheau. “Mama” e “Baba” ensinaram a Frances tudo que ela precisava saber para aproveitar a vida com pouco dinheiro.

Com muita vontade de retornar a Europa e aproveitar tudo por conta própria, Frances tirou um tempo depois do seu segundo ano em Princeton para trabalhar em Madri e Milão, entre 1976 e 1977. Durante esse tempo, não falou em inglês, descobriu muitas culturas novas e fez várias amizades. Junto com um namorado italiano, Frances viajou de moto por todo o norte da Itália e, no verão, o casal foi até Istambul. Acampavam e dormiam em qualquer lugar que os aceitassem e, com seu violão, ela compartilhava as músicas de Bob Dylan e Francesco Guccini com qualquer pessoa que quisesse escutar.

Durante os últimos dois anos em Princeton, Frances se apaixonou pelas aulas e descobriu que tinha muita facilidade para matemática e engenharia. Assim, em 1979, ganhou seu diploma em Engenharia Mecânica e Aeroespacial, se formando com grandes honrarias. A crise energética dos anos 70 e as(os) mentoras(es) de Princeton apaixonadas(os) em conectar a Ciência aos benefícios para a sociedade desencadearam seu interesse em energia alternativa.

Depois de se formar, Frances H. Arnold voltou a economizar, fez suas malas novamente e viajou do Equador para São Paulo, para realizar um estágio em projetos de energia solar com o professor José Goldemberg, que mais tarde se tornou o Ministro do Meio Ambiente no Brasil (1992) e o “pai” dos programas de combustíveis de etanol. Levou seis semanas pela trilha Inca de ônibus, para ir de Guayaquil (Equador) para Santa Cruz (Bolívia). A viagem de Lima para Ayacucho levou mais de 36 horas em uma subida íngreme, rochosa e lenta, acompanhada por uma cabra coberta com pulgas.

Com um diploma em Engenharia Mecânica e a ênfase dada pela administração do presidente dos EUA, Jimmy Carter, às fontes de energia limpas e renováveis, Frances teve seu primeiro emprego na área. Entre 1979 e 1980, ela trabalhou em um laboratório nacional recém-criado, o Instituto de Pesquisa em Energia Solar (SERI, sigla em inglês para “Solar Energy Research Institute”), atual Laboratório de Energia Renovável Nacional (NREL, sigla em inglês para “National Renewable Energy Laboratory”), em Golden, Colorado. As funções da pesquisadora no Grupo de Transferência de Energia de Frank Kreith eram, principalmente, desenvolver novas tecnologias passivas de aquecimento e arrefecimento solar; e ajudar a escrever documentos de posicionamento para a Organização das Nações Unidas (ONU) sobre energia solar no mundo. Fora do escritório, aprendia como dirigir uma motocicleta de trilha e a melhorar suas habilidades no esqui. Em troca de aluguel grátis, vivia em uma propriedade equestre e cuidava dos animais quando o dono não estava presente. Também tocava diferentes músicas em seu violão para fugir da música country que estourava em todas as estações de rádio.

Com Ronald Reagan ganhando as eleições para a presidência dos Estados Unidos, o futuro da energia solar passiva de aquecimento e arrefecimento ficou limitado. Frances nunca tinha ido para a Califórnia, mas no final de 1980 colocou seus poucos pertences em seu Fusca vermelho e foi para a Universidade da Califórnia, em Berkeley. As(os) engenheiras(os) químicas(os) arriscaram em ter uma engenheira mecânica em sua equipe e ela foi aceita no programa de Doutorado, iniciando em janeiro de 1981.

A ideia inicial de Frances era trabalhar com biocombustíveis celulósicos, mas o interesse nessa tecnologia estava diminuindo: os automóveis explodiram outra vez às proporções gigantescas, e os embargos do óleo foram esquecidos. Na opinião da cientista, com isso, cuidar do planeta também foi esquecido. O financiamento para projetos de energia alternativa se tornaram escassos, o professor com quem trabalhava se aposentou e ela teve que mudar a direção de sua pesquisa. O professor Harvey Blanch, recém contratado pela Universidade de Berkeley, entretanto, estava disposto a apoiar uma nova indústria, a indústria de biotecnologia. Uma revolução estava tomando conta da Califórnia e Boston, novas empresas com os nomes “Genentech” e “Amgen” estavam procurando engenheiras(os) para aumentar seus processos de produção de proteínas terapêuticas, utilizando tecnologia de DNA recombinante.

Assim, Frances iniciou a pesquisa sobre biosseparações, estudando afinidade cromatográfica, desenvolvendo e validando modelos matemáticos em separações cromatográficas. Também passou a apreciar os desafios que encontrava ao trabalhar com proteínas: tudo era feito para manter as proteínas felizes, de acordo com ela. Isso não era fácil, uma vez que as proteínas são marginalmente estáveis e, ao que parecia, desnaturariam à menor provocação. Além disso, a maioria das terapias proteicas envolvia estruturas altamente complexas e modificadas que são facilmente inutilizadas quando fabricadas, purificadas ou armazenadas sob condições erradas. Engenheiras(os) de processo tinham pouca experiência com proteínas, ou com bioquímica, e os processos de separação de engenharia química padrão eram inadequados para a preservação das proteínas.

A Pós-Graduação, assim como a Graduação, foi outro momento de grande aprendizado, mas desta vez Frances H. Arnold se dedicou a estudar química orgânica, bioquímica, imunologia, enzimologia, matemática avançada e todo o currículo de Graduação e Pós-Graduação em Engenharia Química. A química orgânica fazia sentido para ela: fazer moléculas era como construir um quebra-cabeça. Depois de fazer esta disciplina, Frances auditava vários cursos de química orgânica como anotadora oficial para o serviço de anotações estudantil, chamado “Black Lightning” (“Relâmpago Negro”, em tradução livre). Os bioquímicos Jack Kirsch e Judith Klinman apresentaram à Frances as notáveis capacidades catalíticas das enzimas, em uma perspectiva físico-química que ela adorou, e Allan Wilson apresentou a evolução molecular das sequências proteicas. Ela se envolveu em novas áreas do conhecimento, fazendo cursos de Ciências e Matemática apenas por diversão, prática que continuou fazendo décadas mais tarde.

Frances H. Arnold na cerimônia do Prêmio Nobel, em Estocolmo (Suécia), dezembro de 2018

Fonte: Wikimedia Commons; Licença: CC BY 2.0.

Em seu último ano na Pós-Graduação, ela pensou em tentar ser professora universitária. Até então, jogava cartas e ia viajar com algumas(uns) jovens professoras(es) da faculdade de química da Universidade, mas não tinha muita noção do que uma professora fazia. Seu orientador de doutorado, Harvey Blanch, no entanto, abriu empresas e consultava para indústrias, assim como algumas(uns) das(os) professoras(es) de bioquímica, e essa atividade multifacetada tornou o empreendimento acadêmico muito mais interessante para Frances. Ela queria uma conexão com o “mundo real”, como também a independência que não tinha experimentado em suas posições industriais e laboratoriais anteriores.

Com isso, decidiu se inscrever para uma posição acadêmica e o ano de 1984 era uma ótima época para fazer isso, pois as Universidades estadunidenses estavam acordando para o fato que cada vez mais e mais mulheres estavam interessadas pelas Ciências e Engenharias. Naquela época, ofereceram muitas posições em ótimos lugares para Frances, incluindo o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Em 1985, ela aceitou um cargo na Universidade de Minnesota, a qual possuía primeiro lugar no ranking de engenharia química. Ao mesmo tempo, Frances financiou um Pós-Doutorado de um ano na Universidade de Berkeley, com o biofísico Ignacio Tinoco, para aprender métodos espectroscópicos de caracterização de biomoléculas, pois pensou que usaria em seu futuro laboratório. Frances H. Arnold tinha apenas 29 anos na época.

Nesse mesmo período, conheceu Jay Bailey, um professor de engenharia bioquímica de renome mundial da Caltech, um pequeno instituto privado no sul da Califórnia naquele tempo. Então, Frances se inscreveu para uma posição de Professora Assistente na Caltech. Jay e ela se casaram em 1987, em Macatawa, cercados de amigas, amigos e família. Mudou-se para a Caltech em meados de 1986, onde ela recebeu um cargo temporário como pesquisadora de Pós-Doutorado. Lá trabalhou no laboratório de Jack Richards, onde aprendeu como projetar a sequência de uma proteína, uma tecnologia que queria para sua própria pesquisa.

Richards tinha recentemente desenvolvido a “mutagênese de cassete”, um dos primeiros métodos de mutagênese direcionada para a engenharia de proteínas. A primeira incursão em biologia molecular e engenharia genética de Frances foi fazer um par de citocromos mutantes para uma colaboração com o grupo de Harry Gray, que queria usá-las para sondar a transferência biológica de elétrons. Mas Frances conta que tudo era difícil em 1986: sintetizar oligonucleotídeos, sequenciamento de DNA, clonagem e trabalhar com enzimas de restrição eram problemas para ela, ao mesmo tempo que sua experiência com experimentos de clonagem era muito limitada. Mas ela perseverou e sua primeira sequência mutante foi confirmada, o que deixou-a muito orgulhosa! Após algum tempo, Frances H. Arnold se tornou Professora Assistente de Engenharia Química no Instituto de Tecnologia da Califórnia, em janeiro de 1987.

Frances, então, também iniciou seu próprio grupo de pesquisa, com o intuito de investigar proteínas. Ela incentivava muito suas e seus estudantes de Pós-Graduação, dizendo que elas(es) poderiam aprender e fazer qualquer coisa. Seu novo laboratório iria garantir que a engenharia de proteínas se tornasse parte da engenharia química e esses primeiros esforços para criar sistemas biológicos geneticamente tornaram-se importantes e industrialmente relevantes para o que agora é conhecido como biologia sintética.

O problema era que ninguém realmente sabia como criar proteínas úteis. As proteínas, especialmente as enzimas, possuem muitas aplicações, desde monitorar os níveis de glicose no sangue até tirar manchas da roupa. Mas muitos dos problemas que a engenharia química enfrentou com o uso de proteínas para aplicações industriais vieram de sua incapacidade de funcionar em condições não naturais. As proteínas frequentemente apresentavam um desempenho fraco fora de seus ambientes naturais e uma(um) engenheira(o) teria que desenvolver mecanismos de Rube Goldberg para purificá-las, armazená-las e usá-las. Entretanto, com o advento das tecnologias para criar sequências da proteína, e consequentemente suas propriedades, tornou-se possível pela primeira vez, na década de 1980, produzir a própria proteína. Assim, o grupo de Frances H. Arnold criou sequências de proteínas para fazê-las se comportar em um processo ou aplicação, ao invés de criar um processo ou aplicação em volta da proteína.

Frances também queria mostrar que as proteínas poderiam ser criadas para propriedades incomuns, mas úteis, que abririam uma nova gama de aplicações. Alex Klibanov, pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, sigla de Massachusetts Institute of Technology) surpreendeu o mundo nos anos 80 ao mostrar que enzimas podiam funcionar quando estavam suspensas em solventes não-polares secos. Dissolver enzimas em altas concentrações de solventes polares, entretanto, imediatamente destruía a atividade delas, mesmo que fosse possível mostrar que elas mantinham suas estruturas tridimensionais dobradas. A visão predominante na época era que as proteínas não podiam apresentar propriedades altamente não naturais, como a capacidade de funcionar em solventes orgânicos polares. O argumento parecia ser que porque a Natureza nunca o fez, não podia ser feito.

Mas Frances assumiu o desafio! Seu objetivo era fazer com que enzimas catalisassem reações quando dissolvidas em solventes orgânicos polares, porém ainda não se sabia como alterar as sequências da proteína para esse fim. As tentativas da cientista em planejar um experimento com enzimas para solventes orgânicos foram falhas, assim como a maioria dos experimentos com o objetivo de melhorar proteínas naquela época. Enquanto era fácil diminuir ou mesmo destruir a função de uma enzima, havia poucos relatos de como tornar as enzimas melhores. E o processo era difícil, pois era necessário ter a estrutura cristalina da enzima e então entender a estrutura e a função da proteína para identificar não apenas os locais de mutações úteis, mas quais aminoácidos deveriam ser colocados lá.

Na década de 1980, alguns laboratórios estavam começando a projetar ácidos nucleicos, peptídeos e até mesmo proteínas usando a técnica de clonagem “phage display” e outros métodos para fazer bibliotecas de biomoléculas, que eram classificadas usando ensaios de ligação ou seleções genéticas para encontrar as sequências úteis. Frances H. Arnold, por sua vez, apreciava a complexidade das proteínas, assim como a enorme gama de possibilidades que elas traziam. Então, a pesquisadora desenvolveu uma abordagem alternativa e muito adequada para os problemas de seu interesse. Adotando um método simples e novo, desenvolvido para fazer mutações aleatoriamente em um gene específico, a reação em cadeia da polimerase sob condições propensas a erros, Frances e seu grupo de estudantes fizeram bibliotecas de bactérias com genes aleatoriamente mutados em apenas um ou dois locais e os rastrearam para as propriedades que queriam, usando ensaios rápidos em placas de petri ou leitores de placas de 96 poços. Com isso, pegavam os genes que poderiam melhorar proteínas e repetiam o processo para acumular benefícios, evoluindo as proteínas passo a passo até alcançarem os objetivos funcionais.

Frances H. Arnold na Caltech, 2008 - Licença: CC BY-SA 3.0.

Então, para a alegria de Frances e o grupo, mutações benéficas e surpreendentes apareceram em suas enzimas evoluídas em laboratório. Quando mapearam as mutações na estrutura proteica, surpreenderam-se ao ver que elas aconteciam frequentemente na superfície da enzima, onde cientistas da época argumentavam que os efeitos mutacionais eram praticamente neutros. Mutações ativas também apareceram longe dos sítios ativos da enzima, onde ninguém poderia explicar seus efeitos, muito menos esperar por eles, a princípio. Em 1990, estavam finalmente no caminho para a produção de enzimas úteis, usando a evolução como guia.

No ano de 1990, nasceu o primeiro filho de Frances H. Arnold e Jay Bailey, James Howard Bailey. Na ocasião, Frances tinha 34 anos e conta que não tinha cuidado com ela mesma, trabalhava demais, mas tinha um lindo menino, estava cheia de energia e sabia exatamente para onde precisava ir!

No entanto, nem todas as pessoas na comunidade científica concordavam com a abordagem de Frances na pesquisa dela. O campo da engenharia de proteínas, com suas principais raízes na bioquímica, estava muito focado no design racional. As(os) químicas(os) proteicas(os) argumentavam que poderiam prever mutações e sequências benéficas usando abordagens orientadas por estruturas e até mesmo métodos computacionais. Alguns das(os) colegas de química da Caltech, desprezando a popularidade da química combinatória, que envolvia sintetizar e rastrear grandes bibliotecas moleculares para encontrar drogas, consideravam os estudos de Frances H. Arnold como preguiça intelectual. Entretanto, Frances era destemida e não se abalou, porque tinha uma abordagem que funcionava e acreditava muito em sua pesquisa!

Frances conta que quando finalmente estava no caminho certo para a engenharia de proteínas, a vida fora do laboratório estava saindo dos trilhos. Seu casamento estava fracassando e Jay se mudou para a Suíça, para se tornar professor no Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETHZ, do alemão Eidgenössische Technische Hochschule Zürich), deixando ela e o filho para trás. A Caltech interveio para ajudar Frances a superar as dificuldades financeiras de viver sozinha com seu bebê de um ano, em uma casa de Pasadena que ela podia pagar, momento pelo qual ela afirma que sempre será grata. Enquanto efetivada na Caltech, Frances poderia fazer o que mais amava: engenharia de enzimas por evolução dirigida. Ela abandonou todos os outros projetos relacionados ao reconhecimento de proteína-metal, para se concentrar exclusivamente em evoluir enzimas.

Em 1992, conheceu Andrew Lange, um brilhante e carismático jovem cosmólogo, na reunião anual dos Packard Fellows, no Aquário da Baía de Monterey. Ambos tinham recebido bolsas Packard em 1989, mas de alguma forma nunca tinham se encontrado. De acordo com ela, foi o mais perto que chegou do amor à primeira vista. Durante todo o ano de 1993, enquanto tentavam encontrar oportunidades de trabalho no mesmo lugar, Andrew voava de Oakland para Pasadena às quintas-feiras, depois de ensinar Física (às)aos calouras(os), e depois voava de volta para dar aula na terça-feira de manhã. O filho de Frances, James, adorava Andrew Lange. O físico experimental, por sua vez, incentivou a curiosidade natural de James sobre o mundo mecânico, fazendo experimentos com tudo o que se poderia encontrar nas lixeiras da Caltech. Havia muitos osciloscópios no lixo naqueles dias e Frances conta que ainda possui tubos de raios catódicos de vários projetos de Andrew e James. Quando a Caltech ofereceu uma posição de professor para Andrew, em 1994, ele finalmente se mudou de Berkeley. Em 1995, nasceu o primeiro filho do casal, William Andrew Lange, e Joseph Inman Lange nasceu em 1997.

Não foi fácil criar três crianças enquanto Frances e Andrew estabeleciam suas carreiras. Frances tinha muito orgulho do sucesso de Andrew enquanto pesquisador, mas ela também estava exausta. Ela afirma que a vida teria sido impossível sem a querida “Mama”, Carmen, que ajudou muito cuidando das crianças.

Durante a década de 1990, Frances H. Arnold participava de conferências locais, algumas enquanto estava grávida, mas viajava pouco. Seu próprio trabalho, embora não tivesse tanta visibilidade como o de Andrew, estava indo bem, e cientistas talentosas(os) de diversos lugares foram até a Caltech para discutir a evolução dirigida com Frances e seu grupo de estudantes. Nesse momento, o campo estava se expandindo rapidamente e os métodos de evolução dirigida estavam se tornando amplamente adotados. Ela aceitou alguns desafios industriais com a Proctor & Gamble, a Degussa e a Dow Chemical, que permitiriam demonstrar o poder da evolução dirigida com problemas reais, não apenas modelos.

Frances diz que é grata às pessoas que passaram por sua vida e apresentaram a ela problemas interessantes e desafiadores, além de compartilharem experiências. Ainda mais grata por terem investido tempo e dinheiro numa tecnologia nova e na época não comprovada, liderada por uma jovem engenheira. É importante ressaltar que Pim Stemmer, que publicou de forma independente um artigo sobre evolução enzimática um ano após o artigo de Frances de 1993, visitou a Caltech por algumas semanas em 1996. Juntos, planejaram uma nova empresa startup, a Maxygen, para comercializar a visão compartilhada de usar a evolução para criar virtualmente qualquer proteína ou gene. Maxygen negociou uma licença para toda a propriedade intelectual de evolução dirigida pela Caltech e Frances serviu como uma consultora científica fundadora.

Jay Bailey morreu de câncer aos 58 anos de idade, quando seu filho James estava com 11 anos. Além disso, a vida familiar em casa com Andrew, que era propenso à depressão, tornou-se cada vez mais tensa. Frances pensou que uma viagem ao redor do mundo seria uma oportunidade para todos aprenderem e se unirem. Então, ela escolheu dois destinos sabáticos: a Austrália e a África do Sul, onde tinha amigas e amigos e ficava longe do trabalho. Andrew, por sua vez, escolheu viajar para o País de Gales, onde ele tinha colaboradores e uma chance de pesquisar também.

Chegaram em Alice Springs para o inverno australiano de 2003, para a primeira aventura em família. Na terceira noite em Oz, se hospedaram em um hotel onde dormiram em sacos de dormir bem projetados para manter cobras e aranhas fora. Passaram as duas primeiras semanas de seu ano sabático com o Cruzeiro do Sul no céu, o cheiro das fogueiras e as histórias e lendas das pessoas de lá. Os dois filhos mais novos cavavam procurando por formigas-pote-de-mel e larvas e brincavam com as crianças locais. Frances e sua família, mais adiante, se instalaram por oito semanas na Swinburne Tech, em Melbourne, e os pequenos Joe e William foram para o jardim de infância e primeira série na escola pública de Hawthorne. O filho mais velho James foi para um colégio interno para rapazes, na Scotch College, nas proximidades. Todos os fins de semana, a família ia visitar minas de ouro e fazendas.

Era inverno quando voltaram para uma pequena estadia em casa e depois foram para a África, que era o próximo destino de sua jornada, sendo que o roteiro incluía Egito, África do Sul, Namíbia e Madagascar, seguido do Reino Unido. Frances conta que foi um conto de fadas, o melhor ano de sua vida, ela e Andrew estavam felizes, saudáveis e encantados em assistir seus filhos vivendo aventuras. Enquanto isso, o grupo de pesquisa de Frances seguiu com os afazeres e ela percebeu que suas e seus estudantes poderiam fazer mais por conta própria e que tinham desenvolvido habilidades de liderança. A partir de então, deu às(aos) membras(os) do grupo mais liberdade, para seguirem ainda mais suas ideias e se orientarem.

Ao voltar de viagem, no final de 2004, Frances descobriu que estava com câncer de mama, que também havia se espalhado para os gânglios linfáticos. Passou por duas cirurgias e fez um ano e meio de quimioterapia e radioterapia. Começou a fazer yoga para manter a saúde física e mental e, então, conseguiu voltar a trabalhar todos os dias, o que lhe trazia muita felicidade.

Finalmente, a Ciência começou a se voltar para um problema que Frances estava interessada há muito tempo: a energia alternativa, pois os preços do petróleo estavam subindo constantemente. Desde 2000, tem-se desenvolvido o citocromo P450 para oxidar alcanos, sendo um dos objetivos fazer organismos recombinantes que poderiam converter alcanos gasosos em combustíveis líquidos. Em 2005, Matt Peters e Peter Meinhold começaram o que logo se tornou Gevo Inc., uma das primeiras startups de biocombustíveis no novo campo da biologia sintética. Passando por tratamento intenso contra o câncer de mama, no entanto, Frances não estava em condições de se dedicar muito para esse projeto, então Matt e Peter o conduziram adiante. A Gevo, que ainda continua no mercado de negócios, faz combustível renovável a partir de biomassa.

Em 22 de janeiro de 2010, Andrew Lange cometeu suicídio, o que chocou o mundo e deixou muitas pessoas em luto. Frances e Andrew não viviam juntos há mais de dois anos, mas ela afirma que teve que dar muito apoio aos três filhos, na época com idades de 17, 13 e 11 anos. Frances conta que foi um ano muito difícil. Integrantes do seu grupo de pesquisa continuaram a cuidar uns dos outros, o grupo e o trabalho na Caltech eram o que ainda mantinham as coisas estáveis. As amigas e os amigos de Frances a ajudaram durante todo o tempo e ela continuamente se lembra que para ninguém está garantido uma vida fácil, mas é possível torná-la mais fácil para as outras pessoas.

Após um ano difícil, mas agora recuperada do câncer, tomou a decisão consciente de voltar a correr riscos, tanto na sua vida profissional como na pessoal. Viajou com seus filhos, incentivou-os a escolher suas próprias aventuras e fez novas amizades fora dos seus círculos habituais. Continuou a fazer suas atividades favoritas, como mergulho e caminhadas, e pela primeira vez aceitou convites para dar palestras científicas ao público em geral, o que fez Frances descobrir que tanto o público científico como as pessoas de fora da academia respondem calorosamente à narração de histórias e as pessoas ficam animadas em pensar que a Ciência pode levar a um futuro melhor. Frances gosta de terminar suas conversas com um futuro aberto e animador, cheio de perguntas para responder, ao invés de colocar um ponto final sobre um problema.

Talvez o mais importante, sentiu-se livre, até mesmo compelida, a perseguir novos e mais desafiadores problemas com a sua pesquisa. Frances sempre desejou que as enzimas fizessem uma nova química e catalisassem reações não conhecidas no mundo biológico. E fez, para várias pessoas em seu grupo, a pergunta: você pode obter um citocromo P450 para catalisar reações usando nitrogênio em vez de oxigênio? Então o grupo aceitou o desafio e assim projetaram as primeiras enzimas de nitreno transferase e carbeno transferase, em 2012. Com base nessa percepção de que a natureza está preparada para todos os tipos de novas capacidades, Frances H. Arnold afirma que estão explorando todo um novo mundo da química enzimática.

Atualmente, seu laboratório tem o sentimento animado, parecido com a época dos anos 90: intenso, com um sentido palpável de descoberta e o conhecimento de que estão lançando as bases de como as moléculas serão feitas no futuro, usando sistemas biológicos geneticamente codificados que incluem enzimas projetadas para fazer química inventada pela primeira vez pelos seres humanos. Frances é grata por experimentar essa emoção e foco pela segunda vez, novamente compartilhados com um grupo tremendamente talentoso de jovens.

Seu trabalho com evolução enzimática direcionada foi reconhecido pelo Prêmio Charles Stark Draper em 2011, a maior honra que alguém da engenharia pode receber nos Estados Unidos. Ela foi a primeira e ainda é a única mulher a receber esse prêmio, que tem sido entregue pela Academia Nacional de Engenharia estadunidense desde 1989. Em 2013, Frances e seus dois filhos mais novos foram recepcionados pelo presidente Barack Obama na Casa Branca, quando recebeu a Medalha Nacional de Tecnologia e Inovação Estadunidense (seu filho James estava servindo ao exército, por isso não participou da cerimônia). Em 2016, recebeu o Prêmio de Tecnologia do Milênio, novamente sendo a primeira e única mulher a receber essa honra até hoje. Com relação a isso, Frances H. Arnold comentou:

“Eu não me propus a ser a primeira mulher engenheira a invadir este território rarefeito, mas fui uma das primeiras a ter a oportunidade de mostrar o que ela podia fazer. Muitas mulheres brilhantes se juntaram a faculdades de ciência e engenharia na minha vida, e eu prevejo que muitos mais dos mais altos reconhecimentos das contribuições científicas das mulheres estão chegando.”¹

Seu pai, William Howard Arnold, faleceu em 2015. Ela sente muito a falta dele, mas tem certeza que ele estaria orgulhoso agora. Seu filho do meio, William Andrew Lange, faleceu em 2016 aos 20 anos; sua curta vida foi dedicada a cuidar de macacos na África do Sul, de crianças no Quênia e na Índia, e cheia de amizades. Ambos os Williams estão muito presentes em seu coração, de acordo com a pesquisadora.

 Em 2018, Frances H. Arnold recebeu o Prêmio Nobel de Química “pela evolução dirigida das enzimas”². Ela dividiu o Prêmio com George P. Smith e Gregory Winter, ficando com metade do valor, enquanto que eles dividiram a outra metade.

George Smith, Frances H. Arnold e Greg Winter na cerimônia do Prêmio Nobel, em Estocolmo (Suécia), dezembro de 2018

Fonte: Wikimedia Commons; Licença: CC BY 2.0.

Em fevereiro de 2021, em uma entrevista para o Chemistry & Engineering News, Frances comentou sobre como a pandemia afetou sua vida:

“Eu posso dizer que o ano de 2020 foi muito triste. Eu perdi minha mãe e meu irmão este ano, meu irmão mais recentemente. Por outro lado, meu primeiro neto nasceu em agosto. E seus pais estão trabalhando muito - um trabalhando no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, ele lançou o Mars Rover da Flórida, enquanto a sua mulher, que está na Guarda Costeira, esteve sozinha durante seis meses aqui. E eu ganhei um neto, e eu sou a principal cuidadora deste neto, porque estou em casa. Eu faço muitas reuniões pelo Zoom, mas posso contratar uma babá para me ajudar. E posso passar meu tempo adorando o netinho mais lindo que você possa imaginar.”

E então, o que acharam? Nós ficamos infinitamente emocionadas em conhecer a história de Frances H. Arnold, que apesar das dificuldades na vida pessoal e profissional, jamais desistiu de lutar por seus sonhos! Sua paixão pelas Ciências e pelas aventuras com certeza nos inspirou muito a irmos atrás dos nossos próprios anseios! Esperamos que ela tenha inspirado vocês também!

 Abraço apertados a distância, cuidem-se e até a próxima!

 Gabriela Ferreira, Amanda Ribeiro da Rocha e Glaucia Pantano

 
    Infográfico: Amanda Ribeiro da Rocha

 Algumas curiosidades sobre Frances Arnold

Em um verão que passou durante a infância em Macatawa, tiveram que persuadir a pequena Frances a não usar a jangada que ela mesmo havia construído para levá-la até Chicago, que ficava a quase 150 quilômetros através do Lago Michigan. Frances afirma que aprendeu a navegar, a respeitar e a usar as forças da natureza no Lago Michigan.

Frances H. Arnold desconfia que foi aceita na Universidade de Princeton por causa da sua redação muito convincente, ou talvez por ela ser uma candidata muito rara se inscrevendo em Engenharia nos anos 70, enquanto mulher. Isso e também o fato de que seu pai recebeu o título de doutor em Física lá e conhecia o reitor da Engenharia.

No final dos anos 1970 e início dos anos 1980, quando Frances H. Arnold viajou para a América do Sul, ela conta amou o Peru, só não gostou das várias intoxicações alimentares que teve, mas, de acordo com a própria, acabou aperfeiçoando sua capacidade de dormir em qualquer lugar e reforçou seu sistema imunológico. Durante o tempo no Brasil, Frances aprendeu um pouco de português e tomou gosto por arroz e feijão, que eram servidos em todos os almoços no refeitório, e especialmente pela tradicional feijoada.

No ano de 2000, Frances H. Arnold foi eleita para a Academia Nacional de Engenharia (ANE) dos Estados Unidos, com a mesma idade (43 anos) que seu pai tinha quando foi eleito. Quando subiu ao palco na cerimônia de indução, em Washington D.C., seu pai se levantou e gritou: “Essa é minha filha!”. Os dois ainda são o único par de membros pai-filha da ANE.

Em 2019, participou da série Big Bang: A Teoria, no décimo oitavo episódio “A acumulação dos premiados” da décima segunda temporada, interpretando ela mesma juntamente a outros laureados do Nobel.

Um pouco mais sobre Frances  Arnold

No dia 23 de setembro de 2020, Frances H. Arnold fez a abertura da Reunião Magna da Academia Brasileira de Ciências (ABC). Na ocasião, ela afirmou: “O que não sabemos fazer, o que eu enfrentei no passado e ainda hoje, é que não sabemos compor, de novo, o DNA que produza novas proteínas. Não sabemos as sequências que fazem surgir essa maravilhosa música da vida, como uma sinfonia de Beethoven, composta por um algoritmo incrível que é o da evolução”. Uma das autoras desse texto, Gabriela, participou da conferência e ficou ainda mais encantada pela Frances! Mais detalhes sobre a palestra estão disponíveis, em português, em: http://www.abc.org.br/2020/10/01/frances-arnold-ganhadora-do-nobel-abriu-reuniao-magna-da-abc-2020/. Acesso em: 27 jun. 21.

No site oficial do Prêmio Nobel há muitos arquivos audiovisuais de Frances H. Arnold, sendo todas as mídias em inglês.

O seu diploma de laureada com o Nobel pode ser visto em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/diploma/>.

Também há uma galeria de fotos da Frances no link: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/photo-gallery/>. Na terceira foto é possível vê-la conversando com Donna Strickland (Prêmio Nobel de Física 2018), nós contamos a história dela na semana passada, vale muito a pena conferir!

A palestra de Frances H. Arnold após ser laureada com o Prêmio Nobel pode ser assistida em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/lecture/>.

O discurso de Frances durante o banquete do Prêmio Nobel está disponível em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/speech/>. No brinde, vemos o senso de humor e a bela mensagem inspiradora sobre as Ciências que a pesquisadora tem a nos dizer.

Algumas entrevistas dadas por ela podem ser acessadas em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/interview/>.

Acessos em: 27 jun. 21.

O site oficial do grupo de pesquisa de Frances H. Arnold está disponível em: <http://fhalab.caltech.edu/>. Acesso em: 27 jun. 21.

A página da pesquisadora no site da Caltech pode ser acessada em: <http://cce.caltech.edu/people/frances-h-arnold>. Acesso em: 27 jun. 21.

THE NOBEL PRIZE. Frances H. Arnold - Nobel Prize in Chemistry 2018. Women Who Changed Science, s. d. Disponível em: <https://www.nobelprize.org/womenwhochangedscience/stories/frances-arnold>. Acesso em: 27 jun. 21.

Referências

JARVIS, L. M. Podcast: Nobel laureates Frances Arnold and Jennifer Doudna on prizes, pandemics, and Jimmy Page, 2021. Disponível em: <https://cen.acs.org/people/Podcast-Nobel-laureates-Frances-Arnold-and-Jennifer-Doudna-on-prizes-pandemics-and-Jimmy-Page/99/web/2021/02>. Acesso em: 23 jun. 21.

THE NOBEL PRIZE. Frances H. Arnold Biographical, c2021. Disponível em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/biographical/>. Acesso em: 23 jun. 21.

THE NOBEL PRIZE. Frances H. Arnold Facts, c2021. Disponível em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/arnold/facts/>. Acesso em: 23 jun. 21.

THE NOBEL PRIZE. The Nobel Prize in Chemistry 2018, c2021. Disponível em: <https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/summary/>. Acesso em: 23 jun. 21.

¹Texto original: “I did not set out to be the first female engineer to break into this rarefied territory, but I was one of the first to be given the chance to show what she could do. Many brilliant women have joined science and engineering faculties in my lifetime, and I predict that many more of the highest recognitions of women’s scientific contributions are coming”.

²Texto original: “for the directed evolution of enzymes”.