Desvendando o desconhecido químico: os cientistas estão em busca dos outros 99 por cento

Por Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico 27 ​​de agosto de 2023

Cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia estão desenvolvendo novas técnicas de espectrometria de massa para identificar 99% dos compostos químicos ainda não caracterizados. Combinando dois instrumentos de alta resolução, visam desbloquear potenciais curas para doenças, combater as alterações climáticas e identificar novas ameaças químicas.

O universo está inundado de bilhões de possíveis substâncias químicas. Apesar do arsenal de tecnologia avançada à sua disposição, os investigadores identificaram apenas a composição molecular de uma porção minúscula, talvez cerca de 1 por cento, destes compostos.

Cientistas do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) do Departamento de Energia estão mirando nos outros 99%, criando novas maneiras de aprender mais sobre um vasto mar de compostos desconhecidos. Poderão existir curas para doenças, novas abordagens para combater as alterações climáticas ou novas ameaças químicas ou biológicas à espreita no universo químico.

O trabalho faz parte de uma iniciativa conhecida como m/q ou “m sobre q” – abreviação de massa dividida por carga, que significa uma das formas pelas quais os cientistas medem propriedades químicas no mundo da espectrometria de massa.

“Neste momento, podemos recolher uma amostra do solo, onde, dependendo do tipo de solo, pode haver milhares de compostos químicos no valor de apenas uma colher de chá”, disse Thomas Metz, que lidera a Iniciativa m/q. “E não sabemos o que é a maioria deles em termos de estruturas químicas. Simplesmente não temos ideia do que há lá dentro.”

Os cientistas normalmente dependem de bibliotecas de referência que contêm informações sobre milhares de moléculas para identificar substâncias. Os pesquisadores classificam suas amostras do solo, do corpo ou de outro lugar e comparam o que mediram experimentalmente com o que está na biblioteca. Embora isso seja útil, limita os cientistas a identificar apenas estruturalmente moléculas que já foram vistas antes – por exemplo, através da análise de compostos padrão adquiridos de fornecedores de produtos químicos.

Adam Hollerbach com um dispositivo SLIM criado no Pacific Northwest National Laboratory. Crédito: Andrea Starr | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico

os cientistas m/q estão mirando nos outros 99% que ainda não foram identificados.

No desenvolvimento mais recente, uma equipe liderada pelo cientista Adam Hollerbach combinou dois instrumentos de alta resolução em um sistema para dimensionar moléculas com detalhes sem precedentes. Os resultados foram publicados online em 12 de junho na revista Analytical Chemistry.

Agora, os cientistas podem fazer várias medições importantes sobre compostos químicos numa só experiência, obtendo informações importantes de forma mais rápida, conveniente e precisa do que antes.

A técnica de Hollerbach se aplica a íons – moléculas que possuem carga positiva ou negativa. Isso os torna mais fáceis de controlar e possíveis de detectar usando espectrometria de massa.

Tal como as pessoas que os estudam, os iões têm muitas características que os distinguem uns dos outros. Nas pessoas, o peso, a cor do cabelo, o tamanho, o formato, a cor dos olhos e muitas outras características nos ajudam a saber quem é quem. Para íons, as características de identificação incluem massa, forma, tamanho, carga elétrica e composição química. Estes não servem apenas como identificadores, mas também como guias para o comportamento das moléculas associadas – pistas sobre o seu potencial para curar doenças ou absorver poluentes, por exemplo.

Essa compreensão deverá ajudar os esforços de vários cientistas do PNNL que se concentram na compreensão do efeito dos micróbios no clima. Os micróbios desempenham um papel fundamental na transformação de elementos como o carbono em outras formas que são importantes para o planeta. O seu impacto no aquecimento ou arrefecimento do planeta é poderoso. Mas os cientistas têm muito que aprender.

“Pode haver milhões de micróbios em apenas um grama de solo, e não sabemos quem é a maioria deles ou o que fazem. Ainda há muita descoberta para acontecer”, disse Metz. “Do ponto de vista de desafiar a ciência, ou é o pior cenário ou uma das nossas maiores oportunidades, dependendo de como você olha para isso.”