Por Dentro do CNPEM #4 2021/22 | Inside CNPEM #4 2021/22 by CNPEM

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distribuição gratuita

free distribuition

POR DENTRO DO INSIDE

NANOTECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO, ENERGÉTICO E AMBIENTAL NANOTECHNOLOGY FOR TECHNOLOGICAL, ENERGETIC AND ENVIRONMENTAL DEVELOPMENT Materiais em sua essência The matter in its core

2020-2021 OS ANOS QUE MUDARAM NOSSAS VIDAS 2020-2021 THE YEARS THAT CHANGED OUR LIVES Como o CNPEM atuou e atua no combate à Covid-19 How CNPEM acted and is still acting in the fight against Covid-19

BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY Aprender com o mundo natural por uma indústria mais sustentável Learning from the natural world for a sustainable industry

Esporo do fungo fitopatogênico Sporisorium scitamineum visualizado por microscopia de varredura Spores of the phytopathogenic fungus Sporisorium scitamineum visualized by scanning microscopy

ÍNDICE TABLE OF CONTENTS # 04 | 21/22

Em 2021 e 2022, o CNPEM mobilizou-se para oferecer o que tem de melhor no enfrentamento dos novos e urgentes desafios que se apresentaram para o Brasil e para o mundo: expertise humana e infraestrutura de ponta para produção científica. Confira nossos destaques.

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CARTA DO DIRETOR A NOTE FROM THE DIRECTOR

O CNPEM / CNPEM O QUE DIZEM SOBRE O CNPEM

CNPEM BY THE NUMBERS

DESTAQUES CIENTÍFICOS

CNPEM IN THE CLASSROOM

2020-2021. OS ANOS QUE MUDARAM NOSSAS VIDAS

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Research in strategic areas

ILUM Uma escola pioneira para formar uma nova geração de cientistas

A pioneering school to train a new generation of scientists

56 ENGENHARIA CNPEM

CNPEM ENGINEERING A partir de demandas tecnológicas e científicas inéditas, soluções buscadas internacionalmente vem à luz From unprecedented technological and scientific demands, solutions sought by the world come to light

SIRIUS. CHEGOU A HORA DE BRILHAR / SIRIUS: IT'S TIME TO SHINE NANOTECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO, ENERGÉTICO E AMBIENTAL NANOTECHNOLOGY FOR TECHNOLOGICAL, ENERGETIC AND ENVIRONMENTAL DEVELOPMENT

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Pesquisas em áreas estratégicas

SCIENCE HIGHLIGHTS

2020–2021: THE YEARS THAT CHANGED OUR LIVES

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AREAS OF OPERATION

CNPEM EM NÚMEROS CNPEM NAS SALAS DE AULA

ÁREAS DE ATUAÇÃO

WHAT THEY'RE SAYING ABOUT CNPEM

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In 2021 and 2022, CNPEM mobilized to offer the best it has, to face the new and urgent challenges imposed to Brazil and the world: human expertise and cutting-edge infrastructure for scientific production. Check it out our highlights.

APOIO À INOVAÇÃO INNOVATION SUPPORT

DIÁRIOS DE PANDEMIA PANDEMIC DIARIES

ESTÃO VENDO MINHA TELA? CAN YOU SEE MY SCREEN? Visitas e eventos virtuais abriram uma nova forma de comunicação entre o CNPEM e a sociedade Virtual visits and events opened up a new form of communication between CNPEM and society

PHOTO: SIMON ABRAMS/UNSPLASH

BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

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INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY Tecnologias de ponta para a indústria advindas da natureza e pela natureza Cutting-edge technologies for industry from nature

EXPEDIENTE | EDITORIAL BOARD AND STAFF

Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações

Diretores Directors

Brazilian Ministry of Science, Technology and Innovations

Por Dentro do CNPEM – Quarta edição Inside CNPEM – Fourth edition

Antonio José Roque da Silva

Realização e Textos Initiative and Texts

Ministro de Estado

Diretor-Geral Director-General

Minister of State

Renata Aquino

Comunicação do CNPEM

Diretora de Administração Interina Interim Management Director

CNPEM Communications Office

Paulo Alvim

José Gustavo Sampaio Gontijo

Secretário Executivo Executive Secretary

Conselho de Administração do CNPEM CNPEM Management Board

Harry Westfahl Jr.

Diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron – LNLS Director – Brazilian Synchrotron Light Laboratory – LNLS Kleber Gomes Franchini

Rogério Cezar de Cerqueira Leite

Presidente President Reginaldo dos Santos Luiz Arnaldo Pereira da Cunha Junior Marcelo Marcos Morales Paulo César Rezende de Carvalho Alvim Carlos Eduardo Sanches da Silva Jailson Bittencourt de Andradre Paulo Roberto Gandolfi Maurilio Biagi Filho Paulo Eduardo Artaxo Netto Marcia Cristina Bernardes Barbosa Patricia Rieken Macedo Rocco Virginia Sampaio Teixeira Ciminelli Antonio Rubens Britto de Castro

POR DENTRO DO CNPEM

Diretor do Laboratório Nacional de Biociências – LNBio Director – Brazilian Biosciences National Laboratory – LNBio

Assessoria de

Produção e Edição Production and Editing Cristiane Delfina Duarte Luciana Noronha MTB 0026595/RJ Maria Livia Ramos Gonçalves

Desenvolvimento Development

Edson Leite Marcia Story Elisabeth de Oliveira Selma Tsuda Raquel Scatolin Micael Nagai Giovanna Gielfi Renata Rocha Mario Murakami Maiko Carlos de Barros Carlos Alberto de Oliveira Filho Hélio Tolentino

Amanda Coltro

Projeto Gráfico

Ariane Almeida

Design

Dora Aquino

Andréa Miranda

Erik Nardini Medina

Programação

Gustavo Martins Moreno

Coding

Eduardo do Couto e Silva

Lucas Dias

Novo Método

Diretor do Laboratório Nacional de Biorrenováveis - LNBR Director – Brazilian Biorenewables National Laboratory – LNBR

Murilo Oliveira

Rodrigo Capaz

Reberson Ricci - How Brain Adriana Villar - How Brain

Diretor do Laboratório Nacional de Nanotecnologia – LNNano Director – Brazilian Nanotechnology National Laboratory – LNNano

Renan Picoreti

Estagiária Intern

Illustration Amanda Coltro

Laura Andare

Fotografia Photography Guilherme Galembeck

Colaboraram com os textos e imagens Contributors Andrey Nascimento

Adalberto Fazzio

Arline Melo

Diretor da Ilum Escola de Ciências Director - Ilum School

Patrícia Toledo

of Sciences

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Ilustrações

Giancarlo Giannelli Julio Fujikawa Assessoria de Comunicação CNPEM

Juciane André

Tradução

Kleber Santos

Translation

Elaine Guedes

Tracy Miyake

CARTA DO DIRETOR | A NOTE FROM THE DIRECTOR

Antonio José Roque da Silva Diretor-Geral do CNPEM Antonio José Roque da Silva - CNPEM DirectorGeneral

Uma retrospectiva 2020-2021 A retrospective: 2020–2021

s anos de 2020 e 2021 revelaram-se atípicos e desafiadores. A eclosão da pandemia da Covid-19, em março de 2020, exigiu a adoção de medidas de distanciamento e isolamento social, visando conter o avanço e a propagação do vírus SARS-CoV-2, que impactaram a operação e as atividades de organizações públicas e privadas em todo o mundo. O CNPEM estabeleceu uma série de ações e rotinas com o objetivo de garantir a segurança dos seus colaboradores, em primeiro lugar, ao mesmo tempo em que buscou minimizar os impactos negativos ao desenvolvimento de seus projetos e atividades. Assim, parte das instalações abertas do CNPEM passou a executar propostas de pesquisa

de usuários externos de forma remota, com a equipe interna do Centro recebendo as amostras e realizando os experimentos. Similarmente, foi realizada uma versão piloto do Programa Institucional de Visitas Online do CNPEM, permitindo que pessoas da comunidade externa continuassem a conhecer algumas das instalações do Centro. No âmbito das atividades de ciência, tecnologia e inovação, os efeitos imprevisíveis da pandemia levaram os países a reorientarem suas prioridades e pautas de pesquisa e desenvolvimento (P&D), direcionando esforços e recursos para atividades de combate à Covid-19. No caso do Brasil, o Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI) buscou mobilizar unidades de pesquisa,

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CARTA DO DIRETOR | A NOTE FROM THE DIRECTOR

institutos de ciência e tecnologia e laboratórios escado na revista Nature Communications. palhados por todo o território nacional, instituindo Dentre os esforços do CNPEM para sustentar um a Rede Vírus MCTI. O CNPEM ingressou nessa rede ambiente competitivo de pesquisa, destacam-se: i) a como unidade responsável pelo apontamento de fárrealização dos estudos para reforma e construção de macos já disponíveis com potencial aplicação na Conovas salas com níveis de segurança biológicas 2 e 3 vid-19 – o chamado reposicionamento de fármacos. (NB-2 e NB-3), e a aquisição de equipamentos no proAinda no âmbito da Rede Vírus, o CNPEM projetou e jeto de Plataformas de Combate a Viroses Emergentes desenvolveu um modelo de protetor facial individual (PCVE) do CNPEM; e, ii) o início da operação da Insbatizado de CNPEM Face Shield. talação de Nanotoxicologia e Nanossegurança (NaEm outubro de 2020 foi realizada a cerimônia notox), que possui nível de biossegurança NB-2, para que oficializou o início das pesquisas no Sirius, em atendimento de usuários externos e a aquisição de que estiveram presentes o Presidente da Repúblium novo microscópio eletrônico de duplo feixe, Therca e o Ministro de Ciência, Tecnologia e Inovações, e mo Fisher Scientific SCIOS 2, visando a contínua amplia2021 foi o ano da instalação e comissionamento das ção das competências e infraestrutura do Laboratório linhas de luz da fase 1-A – MANACÁ, CATERETÊ, CARNacional de Nanotecnologia (LNNano) no âmbito do NAÚBA, MOGNO, IPÊ, EMA e IMBUIA – e o início da Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnoloconstrução e instalação das linhas de luz da fase 1-B gias (SisNANO); iii) conclusão da construção de qua– CEDRO, SAPÊ, QUATI, JATOBÁ, PAINEIRA, SABIÁ e tro novas salas limpas para a nanofabricação de mateSAPUCAIA. A linha MANACÁ, que se encontra em coriais no LNNano, realizadas com apoios da FAPESP e missionamento científico, recebeu diversas propostas FINEP, também no âmbito do SisNANO. de pesquisa em modo de acesso especial (fast-track), Finalmente, 2021 marca a inauguração da Ilum ainda que limitando o número de usuários externos Escola de Ciência, com a conclusão da formulação no campus. Desde o início de seu comissionamento do Plano de Desenvolvimento Institucional e do Procientífico, o Sirius já permitiu elucidar 12 estruturas jeto Pedagógico do Curso; a implantação da infraesde proteínas e forneceu dados para um primeiro artitrutura de mobiliário para aulas e para o espaço de go publicado por usuários no Journal convivência, livros para biblioteca, of Molecular Biology. As atividades de equipamentos para os laboratórios pesquisa interna do CNPEM também de Física, Química, Biologia e uma permitiram importantes resultados. estrutura de redes de transmissão O VALOR DA CIÊNCIA Dentre eles, destaca-se a publicação de dados; a avaliação do projeto pelo THE VALUE da estrutura do vírus Mayaro na reInstituto Nacional de Estudos e PesOF SCIENCE vista Nature Communications. O trabaquisas Educacionais Anísio Teixeira Por que investir em ciência? lho corresponde à primeira estrutu(INEP), órgão vinculado ao MEC enWhy should we ra de vírus elucidada inteiramente carregado de avaliar instituições de invest in science? https://youtu.be/ no Brasil utilizando técnica de crioensino, que atribuiu à escola a nota 1alozAlma7w microscopia, feita com o recém-comáxima nesse processo. missionado criomicroscópio Titan Frente aos enormes desafios, conKrios G3. Outro importante resultatamos com o apoio e as diretrizes do é o estudo que elucida os mecado Conselho de Administração do nismos moleculares de uma enzima CNPEM, do Ministério da Ciência, envolvida na degradação da xilana, Tecnologia e Inovações (MCTI) e da um dos principais componentes da Comissão de Acompanhamento e hemicelulose, que também foi publiAvaliação do Contrato de Gestão.

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The years 2020 and 2021 revealed themselves to be atypof Molecular Biology. Internal research activities at CNPEM ical as well as challenging; when the coronavirus pandemic also make important findings possible. Notable among these exploded onto the scene in March 2020, social distancing and is the publication of the Mayaro virus structure in Nature quarantine measures were put in place to stop the spread of Communications. This was the first description of a virus Covid-19 that also impacted operations and activities at pubstructure researched entirely in Brazil, using cryomicroscopy lic and private organizations around the world. with the recently commissioned Titan Krios G3 cryomicroCNPEM established a series of actions and routines priscope. Another important outcome is the study that revealed marily to ensure the safety of its staff, while also attempting to the molecular mechanisms of an enzyme involved in the minimize negative effects on its projects and activities. In this breakdown of xylan, one of the main components of hemicelway, part of CNPEM's open facilities began to remotely carry lulose, which was also published in Nature Communications. out research projects from external users, with the Center's inCNPEM's efforts to support a competitive research enviternal team receiving samples and conducting experiments. ronment include: i) studies to renovate and construct new bioA pilot version of CNPEM's Online Institutional Visit Program safety level 2 and 3 laboratory rooms (BSL-2 and BSL-3) and was also created, to allow people from outside the communiacquire equipment within the scope of CNPEM's Platforms to ty to continue to get to know some of the Center's facilities. Combat Emerging Viruses (PCVE) project; ii) startup of the In terms of science, technology, and innovation, the unNanotoxicology and Nanosafety facility (Nanotox), which foreseen effects of the pandemic led countries to redirect their features level 2 biosafety to serve external users, and acquisipriorities and R&D agendas, diverting efforts and resources tion of a new Thermo Fisher Scientific SCIOS 2 double-beam towards the fight against Covid-19. In Brazil, the Ministry of electron microscope, in order to continue expanding the comScience, Technology, and Innovation (MCTI) mobilized repetencies and infrastructure of the Brazilian Nanotechnology search units, laboratories, and science and technology instiNational Laboratory (LNNano) within the scope of the Braziltutes across the country to create the Rede Vírus MCTI to fight ian National Nanotechnology Laboratory System (SisNANO); the novel coronavirus. Within this network, CNPEM was reiii) concluding the construction of four new clean rooms at sponsible for indicating previously available pharmaceuticals LNNano for nanomanufacturing of materials, with the supwith potential applications against Covid-19 (a process known port of FAPESP and FINEP, also wthin the scope of SisNANO. as drug repurposing). Also, as part of this same network, CNFinally, 2021 marked the opening of the Ilum School of PEM developed and produced its own face shield. Science, with the completion of an institutional development In October 2020, a ceremony officially acknowledged the plan and curriculum for the course, installation of the furstart of research utilizing the Sirius electron accelerator, niture and internal infrastructure for classes and common with Brazil's President and the Minister of Science, Technolspace, books in the library, equipment for the physics, chemogy, and Innovation present. In 2021, the beamlines in phase istry, and biology laboratories, and a data-transmission net1-A (Manacá, Cateretê, Carnaúba, Mogno, Ipê, Ema, and work structure, and evaluation of the project by the Anísio Imbuia) were installed and commissioned, and construction Teixeira National Institute for Educational Studies and Reand installation of the 1-B beamlines (Cedro, Sapê, Quati, search (INEP, an agency linked to the Ministry of Education Jatobá, Paineira, Sabiá, and Sapucaia) began. The Manacá and Culture, responsible for evaluating educational instibeamline, which is currently undergoing scitutions), which awarded the highest possible entific commissioning, has received several score to the school. ANTONIO JOSÉ fast-track research proposals, following the As we faced enormous challenges, we ROQUE DA SILVA limitations on the number of external visitors had support and guidance from CNPEM's Diretor-Geral to campus. Since the start of its commissionBoard of Directors, the Ministry of Science, ing, Sirius has already revealed 12 protein Technology, and Innovation (MCTI), and the Director-General structures and provided data for an initial Management Contract Oversight and Asarticle published by its users in the Journal sessment Committee. en

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O CNPEM | CNPEM

UM CONJUNTO DE FERRAMENTAS DE PONTA PARA ATINGIR OS MAIORES DESAFIOS CIENTÍFICOS E TECNOLÓGICOS DO PAÍS. A SET OF CUTTING-EDGE TECHNOLOGIES TO MEET BRAZIL MOST SIGNIFICANT SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL CHALLENGES

O CNPEM – Soluções em diversas escalas CNPEM – solutions on various scales Formado por quatro Laboratórios Nacionais e berço de um dos mais complexos projetos da ciência nacional – o Sirius, o CNPEM apresenta condições singulares para a ciência e tecnologia, presente em poucos polos científicos no mundo. Considerando sua posição singular e estratégica totalmente transversal nas suas áreas de atuação (saúde, energia, agricultura, meio ambiente, tecnologias quânticas, dentre outras) e lócus de construção e operação de ferramentas e instalações únicas, o CNPEM destaca-se por três importantes pilares institucionais que fundamentam sua missão: reunir equipes de excelência formadas ao longo de anos, operar e disponibilizar modernas instalações científicas estabelecidas em um campus único, e possuir um modelo de gestão e cultura com foco em resultados. Esta diversidade e complementariedade favorecem as interações e trocas de conhecimento, viabilizando a aceleração do desenvolvimento e da aplicação de tecnologias na fronteira do conhecimento. No dia a dia, a missão do Centro é desdobrada em inúmeras atividades, que são organizadas por afinidade em quatro eixos de atuação: instalações abertas a usuários externos, pesquisa e desenvolvimento inhouse, apoio à geração de inovação e treinamento, educação e extensão. Estes eixos são dinâmicos, interconectados e se realimentam, e é a execução adequada e balanceada de atividades entre eles que assegura o êxito da missão institucional do CNPEM.

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CNPEM is comprised of four national laboratories, and is home to one of the most complex projects in Brazilian science, Sirius; the Center provides unique conditions for scientific and technological work that can be found in only a few scientific centers worldwide. Considering its unique and entirely transversal strategic position in the areas in which it works en

(such as health, energy, agriculture, the environment, quantum technologies, among other fields) and as a Center for constructing and operating unique tools and facilities, CNPEM stands out for three important institutional pillars that provide the foundation for it to carry out its mission: to bring together top-flight teams formed over the years, to operate and

O CNPEM é uma associação privada, sem fins lucrativos, qualificada como Organização Social pelo Poder Público Federal desde 1997 e supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI).

make available modern scientific facilities established on a single campus, and to have a results-focused model for management and culture. This diversity and complementarity encourage interactions and knowledge exchange, making it possible to accelerate the development and application of technologies at the cutting edge knowledge. During day-today operations, CNPEM's mission is broken

CNPEM is a private, non-profit organization recognized by the Brazilian federal government as a social organization since 1997 and is overseen by the Ministry of Science, Technology, and Innovation (MCTI).

Vista aérea do campus. Imagem captada em outubro de 2020 Aerial view of the campus captured in october 2020

down into numerous activities that are organized into four axes: facilities open to external users, in-house research and development, support for innovation, and training, education, and extension. These four axes are dynamic, interconnected, and feed into each other, and the adequate and balanced execution of activities between them ensures the success of CNPEM institutional mission.

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ÁREAS DE ATUAÇÃO | AREAS OF OPERATION SAÚDE Health O aumento na expectativa e qualidade de vida no último século está intrinsecamente relacionado aos avanços proporcionados pela ciência, que possibilitou o surgimento de novos diagnósticos, medicamentos e tratamentos para doenças e outras condições debilitantes. Há ainda, inúmeros desafios a serem superados, como explicita a crise mundial ocasionada pela pandemia de Covid-19. No CNPEM, esta temática é abordada por meio de competências multidisciplinares que buscam aumentar a compreensão dos sistemas vivos, da escala atômica aos organismos. O CNPEM atua na investigação de matéria orgânica e inorgânica, tanto para a compreensão de mecanismos moleculares que viabilizam a busca de soluções de patologias que hoje afligem o sistema público brasileiro de saúde, como pelo domínio de materiais em escalas nanométricas para o desenvolvimento de recursos eletroeletrônicos no auxílio de tratamentos e de dispositivos diagnósticos. Fazem parte dos projetos internos do Centro: descobertas de novos fármacos, de ativos farmacológicos a partir de produtos naturais, investigações em câncer, doenças cardiovasculares, neurodegenerativas e negligenciadas, pesquisa e desenvolvimento de nanopartículas funcionalizadas e de nanodispositivos para a indústria médica, pesquisa e desenvolvimento de organoides humanos para a redução do uso de animais em laboratório. O Centro também oferece à comunidade acadêmica e empresarial, instalações com equipamentos de ponta para a coleta de informações sobre os materiais estudados, além do acompanhamento profissional de pesquisadores experientes para o melhor aproveitamento e interpretação dos dados e suas possíveis aplicações.

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PESQUISAS EM ÁREAS ESTRATÉGICAS RESEARCH IN STRATEGIC AREAS

Os quatro laboratórios Nacionais do CNPEM: LNLS, LNBio, LNNano e LNBR, têm papel de destaque na produção científica brasileira. Conheça nossas principais áreas de atuação.

The four National Laboratories of CNPEM: LNLS, LNBio, LNNano and LNBR, have a prominent role in Brazilian scientific production. Meet our main acting areas.

Nas bancadas dos laboratórios são feitas manipulações de experimentos e amostras seguras aos estudantes e pesquisadores On the laboratory benches, only manipulations of safe experiments and samples are made by students and researchers

en Increases in life expectancy and quality of life over the past century are intrinsically related to the advances provided by research, which have led to new diagnoses, medications, and treatments for diseases and other debilitating conditions. There are still many challenges to be overcome, as clearly seen in the global crisis caused by the Covid-19 pandemic. At CNPEM, this topic is addressed through multidisciplinary competencies that work to expand understanding of living systems, from the atomic scale to entire organisms. CNPEM investigates organic and inorganic materials in order to understand the molecular mechanisms that make it possible to find solutions for pathologies currently affecting Brazil's public health system, as well as to master materials at the nanoscopic scale to develop electrical and electronic resources to support treatments and diagnostic devices. The Center's internal projects include discoveries of new drugs and active pharmaceutical ingredients based on natural products; research on cancer, cardiovascular, neurodegenerative, and neglected diseases; research on and development of functional nanoparticles and nanodevices for the medical industry; and research and development of human organoids to reduce the use of lab animals. The Center also offers facilities with state-of-the-art equipment to the academic and business communities to study materials, along with professional follow-up by experienced researchers to best use and interpret the resulting data and its possible applications.

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ÁREAS DE ATUAÇÃO | AREAS OF OPERATION

ENERGIA E MATERIAIS RENOVÁVEIS Energy and Renewable Materials Tudo é movido por energia. Conforme a população mundial e a indústria crescem, a demanda por ela aumenta, assim como a consciência de que é necessário gerá-la de maneira sustentável para mitigar novos impactos ambientais na produção e consumo. O CNPEM é um canal para a pesquisa e desenvolvimento de novas fontes sustentáveis de energia, realizando pesquisas, por exemplo, com o aproveitamento da palha proveniente da cana-de-açúcar e produção de hidrogênio a partir da água. De maneira geral, são objetivos nas pesquisas em energia, o desenvolvimento de novos materiais tecnologicamente projetados para redução da pegada de carbono e promoção da economia circular. Plataformas biotecnológicas para biocombustíveis avançados e setores industriais poderão trazer novos materiais provenientes de biomassa advinda de resíduos industriais; sistemas microfluídicos customizados para a indústria de óleo e gás buscam maneiras de monitorar a qualidade de combustíveis, preservando sua performance e o ambiente; e dispositivos nanofotônicos serão capazes de transmitir informação por sinais de luz. A partir de resíduos provenientes da indústria tradicional de uso da cana-de-açúcar, o Centro concentra esforços para a geração de bioeletricidade, biocombustíveis avançados, de nanopartículas de carbono, e de trilhas condutivas de energia em materiais flexíveis, como o papel. Também advindas do bagaço da cana, a lignina e a nanocelulose geram materiais potencialmente muito resistentes, que poderão ser usados nos setores aeroespacial, automobilístico e de defesa.

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A busca e desenvolvimento de materiais mais sustentáveis conta com recursos de última geração para caracterização, síntese e produção do mais diversos elementos e dispositivos. The search and development of more sustainable materials relies on state-ofthe-art resources for characterization, synthesis and production of the most diverse elements and devices.

Everything is moved by energy. As the world's population and industry grow, demand for energy increases along with awareness that it must be generated sustainably to mitigate new environmental impacts resulting from production and consumption. CNPEM is a channel for research and development on new sustainable energy sources; for example, it conducts research on sugarcane bagasse and producing hydrogen from water. The overall objectives in energy research are to develop new materials technologically designed to reduce the carbon footprint and to promote the circular economy. Biotech platforms for advanced biofuels and industrial sectors will be able to obtain new biomass materials from industrial waste, microfluid systems customized for the oil and gas industry look for ways to monitor fuel quality while maintaining high performance as well as the environment, and nanophotonic devices will be able to transmit data using light. Using waste from the traditional sugarcane industry, the Center focuses efforts on generating bioelectricity, advanced biofuels, carbon nanoparticles, and conductive pathways for energy in flexible materials such as paper. Lignin and nanocellulose are also obtained from sugarcane bagasse to produce materials that can potentially be very strong and utilized in the aerospace, automotive, and defense sectors. en

O bagaço-da-cana de açúcar é uma promissora fonte de biomassa e biocombustíveis pesquisados no CNPEM Sugarcane bagasse is a promising source of biomass and biofuels researched at CNPEM

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ÁREAS DE ATUAÇÃO | AREAS OF OPERATION

AGRICULTURA E MEIO AMBIENTE Agriculture and the Environment Com pesquisas que visam a avaliação, preservação e recuperação do ar, água e solos brasileiros, o CNPEM vai de encontro aos desafios das áreas de agricultura e meio ambiente. Baixos teores de matéria orgânica nos solos, alta incidência de pragas e doenças, uso intensivo de fertilizantes químicos importados e altas concentrações de pesticidas são confrontados pelo desenvolvimento de plataformas microbianas customizadas, estudos avançados de bactérias e fungos para a fertilização e controle de pragas em solos, desenvolvimento de sensores, dispositivos e novos materiais para o monitoramento e descontaminação do ar e de água. Muitos dos estudos feitos no CNPEM contam com o auxílio da luz síncrotron para observações em 3D em tempo real, nas quais é possível compreender as dinâmicas de fluidos, interações de nutrientes essenciais para o ambiente (solo) e para as espécies vegetais, e assim buscar soluções eficazes e sustentáveis. With research that focuses on evaluating, preserving, and remediating Brazil’s air, water, and soils, CNPEM directly responds to the challenges of agriculture and the environment. Low levels of organic matter in soils, frequent attacks by pests and disease, intensive use of imported chemical fertilizers, and high concentrations of pesticides are confronted by the development of customized microbial platforms, advanced studies of bacteria and fungi for fertilization and pest control in soils, and development of sensors, devices, and new materials to monitor and decontaminate the air and water. Many of the studies done at CNPEM utilize synchrotron light for real-time 3D observations which make it possible to understand f luid dynamics and nutrient interactions that are essential for soil and plants species, and in turn seek effective and sustainable solutions. en

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Os quatro Laboratórios Nacionais contam com especialistas em áreas-chave para a realização de pesquisas voltadas à mitigação de problemas ambientais e na agricultura brasileira The four National Laboratories have specialists in key areas for carrying out research aimed at mitigating environmental problems and in Brazilian agriculture

A análise toxicológica de novos nanomateriais garante o desenvolvimento de materiais seguros desde sua concepção. The toxicological analysis of new nanomaterials guarantees the development of safe materials from their conception.

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ÁREAS DE ATUAÇÃO | AREAS OF OPERATION

TECNOLOGIAS QUÂNTICAS Quantum Technologies Historicamente, a miniaturização dos componentes eletrônicos levou ao desenvolvimento de computadores cada vez mais poderosos e, por outro lado, à busca do entendimento da matéria em escalas de tamanho cada vez menores. Com o avanço da tecnologia, o tamanho de componentes semicondutores para dimensões de poucos nanômetros levou ao aparecimento de fenômenos quânticos, já que a física quântica é aquela que descreve a matéria em escalas diminutas. O estudo do comportamento eletrônico em espaços confinados e sua relação sobre as propriedades elétricas de materiais permite, ao mesmo tempo, responder questões fundamentais da física e desenvolver novos dispositivos e aplicações que operam em regime quântico. O entendimento da matéria na escala de tamanhos muitos pequenos, onde aspectos intrinsicamente quânticos são emergentes - assim chamados materiais quânticos - é uma nova vertente da nanociência e nanotecnologia, e em todo mundo essa é uma área considerada estratégica. A tecnologia quântica é um campo em crescimento, em que novos dispositivos são baseados na mecânica quântica, e para os quais existem inúmeras aplicações, como sensores, comunicação e computação. A inserção da pesquisa brasileira nesta área é fundamental para o País contribuir e absorver os desenvolvimentos tecnológicos de fronteira, e o programa em Tecnologias Quânticas do CNPEM prevê pesquisa e desenvolvimento de dispositivos seguindo estes avanços. O estudo do comportamento eletrônico em espaços confinados e sua relação sobre as propriedades elétricas de materiais permite, ao mesmo tempo, responder questões fundamentais da física e desenvolver novos dispositivos e aplicações que operam em regime quântico. Studying electronic behavior in confined spaces and how it relates to the electrical properties of materials simultaneously makes it possible to answer fundamental questions in physics while also developing new devices and applications that operate in quantum conditions.

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O entendimento da matéria na escala de tamanhos muitos pequenos, onde aspectos intrinsecamente quânticos são emergentes é uma nova área considerada estratégica. The understanding of matter on a very small scale, where intrinsically quantum aspects are emerging, is considered strategic the world over.

Historically, miniaturization of electronic components has led to the development of increasingly powerful computers and at the same time, the search for understanding of matter on increasingly smaller scales. With the advancement of technology, the single-nanometer dimensions of semiconductor components led to the appearance of quantum phenomena, since quantum physics describes matter on the smallest scales. In this way, studying electronic behavior in confined spaces and how it relates to the electrical properties of materials simultaneously makes it possible to answer fundamental questions in physics while also developing new devices and applications that operate in quantum conditions. The understanding of matter on a very small scale, where intrinsically quantum aspects are emerging (quantum materials), is a new strand of nanoscience and nanotechnology, and these areas are considered strategic the world over. Quantum technology is a growing field, in which new devices are based on quantum mechanics, and there are numerous applications such as sensors, communications, and computing. Including Brazilian research in this area is fundamental for the country to contribute and absorb cutting-edge technological developments, and CNPEM's quantum technology program includes research on and development of devices according to these advances. en

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ÁREAS DE ATUAÇÃO | AREAS OF OPERATION

EDUCAÇÃO Education Em 2021, o CNPEM trouxe à luz sua mais nova iniciativa: A Ilum Escola de Ciência. Sem fins lucrativos e com financiamento do Ministério da Educação (MEC), a Ilum é uma escola de graduação criada para formar profissionais aptos a atuar em áreas que exigem sólida base científica e tecnológica. O plano pedagógico da Ilum baseia-se em um ensino de ciência aprofundado e inovador, fundamentado em metodologias ativas de ensino, aliadas a professores experientes e dedicados e a uma infraestrutura diferenciada. O seu objetivo é que os alunos se tornem profissionais engajados em problemas interdisciplinares, com formação sólida em linguagens matemáticas e computação e conhecimento em ciências da vida e da matéria, humanidades e empreendedorismo, que possam ser aplicados a diversos temas da atualidade. A Ilum oferece um único curso de bacharelado em ciência, tecnologia e inovação em período integral, com duração de três anos, com imersão gradativa no ambiente de pesquisa e de inovação tecnológica de ponta do CNPEM. O curso é gratuito para o aluno, e a sua seleção de vagas é feita com base no resultado do ENEM, em uma carta de intenção escrita pelo candidato e, por fim, entrevista. O primeiro processo de ingresso para admissão de alunos da primeira turma teve início em outubro de 2021, com 40 vagas abertas anualmente. O perfil do aluno buscado pela Escola é o jovem curioso, que tenha interesse genuíno por ciência.

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Na Ilum os estudantes têm acesso a equipamentos de alta tecnologia At Ilum, students have access to hightech equipment

Fachada da Ilum, localizada em Campinas São Paulo. Front view of Ilum, located in Campinas, São Paulo state, Brazil

en In 2021, CNPEM presented its newest initiative: the Ilum School of Science. This not-for-profit undergraduate school funded by the Brazilian Ministry of Education (MEC) was created to train professionals for careers in areas that require a solid scientific and technological foundation. Ilum's curriculum is based on in-depth, innovative science education, founded on active teaching methodologies, coupled with experienced and dedicated teachers and a differentiated infrastructure. Its goal is for students to become professionals engaged with interdisciplinary problems, with solid training in mathematical and computing languages, and knowledge in the life and material sciences, humanities, and entrepreneurship, that can be applied to many current topics. Ilum offers a single three-year bachelor's degree in science, technology, and innovation, with progressive immersion in CNPEM's environment for state-of-the-art research and technological innovation. The course is free for students; admission are based on ENEM score, a letter of intent written by the candidate, and finally an interview. The first student admission process began in October 2021, with 40 slots available each year. The school's ideal student profile is a curious young person with a genuine interest in science.

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O QUE ELES DIZEM SOBRE O CNPEM | WHAT THEY'RE SAYING ABOUT CNPEM O CERN, Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, é uma organização internacional anfitriã do Grande Colisor Hadron, o acelerador de alta energia para pesquisas em física de partículas. Em

dezembro

2020,

CNPEM e CERN firmaram conSALVATORE MELE

Conselheiro Sênior de Relações Internacionais

vênio para colaboração em físi-

GIANNA SAGAZIO

ca de aceleradores. Nosso obje-

Diretora de Inovação na Confederação Nacional da Indústria

tivo é desenvolver expertise no

Senior Advisor International Relations CERN - European Organization for Nuclear Research

CNPEM em tecnologia de ímãs

Director of Innovation at the Brazilian National Confederation of Industry (CNI)

supercondutores. Com o Brasil prestes a ingressar no CERN como Estado Membro Associa-

do, esta é uma parceria natural que amplia as instalações dos Membros.

O CNPEM é um exemplo de política pública bem sucedida, de cooperação entre o setor públi-

Ao longo de 2021, estudamos ímãs de alto campo para aprimorar as capa-

co e privado, de articulação entre ICT e empresas.

cidades do Sirius para mais linhas de luz. Fiquei impressionado com a ener-

Considero o CNPEM uma inovação disruptiva

gia e competência da equipe reunida no CNPEM, composta por físicos e

no ecossistema de CTI no Brasil, fortalecendo

engenheiros juniores. Em menos de um ano, eles dominaram todos os

a indústria e dinamizando a economia do país.

aspectos desse desafio, com a entrega de um design consistente.

Ao desenvolver P&D tecnológico de alta perfor-

A Associação do Brasil ao CERN abrirá oportunidades para brasileiros em nos-

mance na América Latina, o CNPEM representa o

so laboratório e permitirá que empresas nacionais se tornem nossos fornecedo-

Brasil inovador e conectado com o mundo, contri-

res. O talento da comunidade CNPEM, que agora testemunhamos em primeira

buindo de maneira decisiva para inserir a nossa

mão, é um presságio extremamente bom para este futuro emocionante!

indústria na era da transformação digital e nas cadeias globais de valor. Afinal, inovação se constrói por meio de grandes iniciativas como essa e

CERN, the European Organization for Nuclear Research, is an international organization host to the Large Hadron Collider, the high energy accelerator for particle-physics research. In December 2020, CNPEM and CERN signed an agreement to collaborate in accelerator physics. We aim to develop expertise at CNPEM on superconducting magnets technology. With Brazil about to join CERN as an Associate Member State, this is a natural partnership between a national accelerator laboratory, and a global research infrastructure extending Members’ facilities. Over 2021, we studied ‘superbend’ magnets to enhance Sirius’ capabilities for more beamlines. I was impressed by the energy and competence of the team assembled at CNPEM, including junior physicists and engineers. In less than a year they mastered all aspects of this challenge, delivering a sound design. The Association of Brazil to CERN will open opportunities for Brazilian nationals at our laboratory, and allow national companies to become our suppliers. The talent of the CNPEM community, that we now witnessed first-hand, bodes extremely well for this exciting future! en

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a inovação é decisiva para o futuro do Brasil.

en CNPEM is an example of successful public policy, of cooperation between the public and private sector, linking ICT with companies. I consider CNPEM to be a disruptive innovation in Brazil’s ICT ecosystem, strengthening the industry and boosting the country's economy. By conducting high-performance technological R&D in Latin America, CNPEM represents an innovative Brazil that is well-connected to the world, decisively helping to position our country's industry within the era of digital transformation and global value chains. After all, innovation is built through major initiatives such as this, and innovation is decisive for Brazil's future.

Peça importante para a pesquisa e desenvolvimento nacional, o CNPEM agrega e conecta atores em busca de soluções e inovação nos mais diversos setores.

As an important part of Brazilian scientific production, CNPEM brings together and connects individuals who are seeking solutions and innovation in a wide variety of sectors.

Muitos dos nossos cristais são muitos pequenos e frágeis, e temos um problema de conseguir medir dados de difração na resolução necessária. Isso faz com que seja necessário usar fontes de radiação síncrotron de última geração, por isso nos últimos anos as medidas têm sido feitas no exterior, como Inglaterra, Europa, Suécia e França. O Brasil, com um instrumento desse tipo, igualzinho aquele que encontramos em qualquer lugar do mundo, se coloca na primeira divisão de Ciências em termos internacionais.

RICHARD GARRAT

Professor no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP) - São Carlos Professor at the Physics Institute - University of São Paulo (USP) São Carlos

en Many of our crystals are very small and fragile, and we have a problem measuring diffraction data at the necessary resolution. This requires us to use state-of-the-art synchrotron radiation sources, and in recent years these measurements have been done abroad, for example in England, Europe, Sweden, and France. With an instrument like this, the same as those found around the world, Brazil is now in the premier league of science internationally.

ANDRÉ GODOY

MARIA CRISTINA NONATO

Pesquisador na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), um dos primeiros usuários externos a coletar dados no Sirius

Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo (USP) - Ribeirão Preto

Researcher at the Federal University of São Carlos: he has ten years of experience in analysis utilizing synchrotron light sources around the world.

USP School of Pharmaceutical Science - Ribeirão Preto

O Sirius superou minhas expectativas. Ter uma máquina des-

Nós não estamos atrás de ninguém. Coleto dados

sas aqui e fazer análises dessa complexidade é uma conquista

com frequência no Soleil e no Diamond (fontes de luz sín-

para o País. O que você conseguia fazer em horas [no antigo acele-

crontron, localizadas na França e Reino Unido, respecti-

rador de elétrons do CNPEM], agora você faz em minutos. Isso torna

vamente) também, mas não tem mais necessidade, né?

a técnica escalonável do ponto de vista de quantas amostras você

A linha está perfeita e a qualidade dos dados que eu

consegue analisar, e permite fazer novas técnicas.

obtive fora, eu estou obtendo aqui. Está excelente.

en Sirius exceeded my expectations. Having a machine like this here and doing analyses of this complexity is a triumph for Brazil. What used to take you hours [in the old CNPEM electron accelerator] can now be done in minutes. This makes the technique scalable in terms of how many samples you can analyze and makes new techniques possible.

en We are not behind anyone. I often collect data in Soleil and Diamond [synchrotron light sources in France and the UK, respectively] too, but it's no longer necessary, is it? The beamline is perfect, and I am getting the same quality of data here that I was getting abroad. It's excellent.

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O QUE ELES DIZEM SOBRE O CNPEM | WHAT THEY'RE SAYING ABOUT CNPEM

JOSÉ MODENA

DENISE F. S. PETRI

Professor no Departamento de Biologia da Unicamp

Professora do Instituto de Química na Universidade de São Paulo (USP)

Professor in the Department of Biology, Unicamp

Professor at the Institute of Chemistry - University of Sao Paulo (USP)

Trabalho em colaboração com Dr. Rafael Elias quase que desde o início das atividades do LEVE (Laboratório de Estudos de Vírus

Meu projeto é sobre o desenvolvimento de criogé-

Emergente). Inicialmente, essa parceria era à busca de novos antivirais

is à base de derivados de celulose para isolamento tér-

para o vírus Oropouche, um vírus brasileiro emergente. Entretanto,

mico, remoção de poluentes ou liberação de fármacos.

a chegada da pandemia de Covid-19 estreitou os laços entre o LEVE,

Sempre fomos usuários e ficamos muito satisfeitos com

o Rafael e outros pesquisadores do CNPEM, de modo que fomos ca-

o atendimento e suporte presenciais no CNPEM. Em 2021

pazes de desenvolver pesquisas interdisciplinares de vanguarda que

tivemos uma ótima experiência com a interação re-

trouxeram nova luz sobre os mecanismos patogenéticos da Covid-19.

mota. A comunicação com a equipe foi excelente.

Com essa parceria, podemos ajudar a caracterizar o potencial antiviral de quase 2000 compostos contra SARS-CoV-2, avaliamos capacidade de anticorpos neutralizar novas variantes desse vírus e estudamos o seu tropismo por vários tipos celulares. Com a sabedoria dos seus pesquisadores, o CNPEM nos ajudou a evoluir como pesquisadores, enquanto que com a sua generosidade institucional de compartilhar insumos e equipamentos, nos mostrou a importância do trabalho colaborativo multicêntrico. Afirmo, o CNPEM possui pa-

pel essencial para o avanço da pesquisa sobre vírus no Brasil.

I have been collaborating with Dr. Rafael Elias since LEVE (the Emerging Virus Studies Laboratory) began operations. Our partnership was initially limited to searching for new antivirals for the Oropouche virus, an emerging Brazilian virus. But the arrival of the Covid-19 pandemic brought us closer to LEVE, Rafael, and other researchers at CNPEM in order to carry out cutting-edge interdisciplinary research that cast new light on the pathogenetic mechanisms of Covid-19. Through this collaboration, we were able to help characterize the antiviral potential of nearly 2000 compounds against SARS-CoV-2, assess the capacity of antibodies to neutralize new variants of the virus, and study its tropism in various cell types. With the knowledge of its scientists, CNPEM helped us evolve as researchers while its institutional generosity of sharing materials and equipment showed us the importance of multi-center collaborative efforts. I can affirm that CNPEM plays an essential role in advancing virus research in Brazil.

My research project involves developing cryogels from cellulose derivatives for thermal insulation, removing pollutants, or releasing pharmaceuticals. We have always been users and have always been very pleased with the service and support onsite at CNPEM. In 2021 we had a great experience with remote interaction. Communication with the staff was excellent. en

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MONIQUE SANTOS

Especialista em Bioenergia, Sinochem Brasil Bioenergy Specialist, Sinochem Brazil

O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais é mundialmente conhecido pela utilização de métodos científicos de última geração. As publicações são influentes em periódicos da mais alta qualidade, e estão mudando a maneira como a academia e a indústria pensam sobre o uso e o potencial dos biorrenováveis em um mundo ambientalmente sustentável. Um exemplo desse trabalho foi publicado recentemente na Nature Chemical Biology vol 16, 920-929 (2020), em que uma equipe de pesquisadores do CNPEM revelou uma relação estrutura-função impressionante entre as enzimas GH124 e sua atividade em beta-1,3- glucanos ligados (um dos mais abundantes de todos os polissacarídeos). O estudo envolveu pesquisadores de muitas disciplinas diferentes e PAUL WALTON

Professor de Química, Universidade de York, Reino Unido Professor of Chemistry, University of York, UK

pode ser descrito como um tour-de-force no método científico. Na verdade, é uma marca registrada da forma como a ciência é organizada e conduzida no CNPEM, onde o poder de diversas equipes é trazido para enfrentar alguns dos problemas mais complexos que podem ser encontrados na biologia, especialmente aqueles associados ao maior uso de biorrenováveis. De muitas maneiras, as práticas de trabalho do CNPEM apontam para o futuro da pesquisa científica e como ela deverá ser realizada para que a humanidade tenha sucesso no enfrentamento de alguns dos problemas mais desafiadores. Dito de outra forma, o CNPEM é um exemplo global de como todos deveríamos estar fazendo pesquisa acadêmica.

en The Brazilian Center for Research in Energy and Materials is globally renowned for its use of state-of-the-art scientific methods. Its influential publications in the highest quality journals are changing the way in which both academia and industry think about the use and potential of biorenewables in an environmentally sustainable world. An example of this work was recently published in Nature Chemical Biology vol 16, 920–929 (2020), in which a team of researcher from CNPEM revealed a stunning structure-function relationship between GH124 enzymes and their activity on beta1,3-linked glucans (one of the most abundant of all polysaccharides). The study involved researchers from across many different

disciplines, and can only be described as a tour-de-force in scientific method. Indeed, it is a hallmark of the way that science is both organised and run at CNPEM, where the power of diverse teams is brought to tackle some of the more complex problems that can be found in biology, especially those associated with the greater use of biorenewables. In many ways, the working practices of CNPEM points to the future of scientific research and how it will need to be carried out if humankind is going to be successful in tackling some of the most challenging problems it faces. Put another way, CNPEM is a global exemplar of how we should be doing academic research.

A parceria com o CNPEM tem sido promissora quanto ao de-

en The partnership with the CNPEM has been promising for the development of enzymatic routes toward the production of second-generation ethanol and renewable hydrocarbons, biofuels that are extremely interesting domestically and internationally. CNPEM's competence, infrastructure, and management certainly made the innovative and significant results of our project possible, considering the state of the art and the challenges of the bioenergy industry. In this joint initiative, CNPEM's high qualifications allowed us to move forward on two strategic fronts to expand the use of biofuels and catalyze sustainability in Brazil. Our experience is yet another successful example of how CNPEM's performance is relevant on topics that are fundamental for technological progress and to generate benefits for society.

senvolvimento de rotas enzimáticas para a produção de etanol de segunda geração e hidrocarbonetos renováveis, biocombustíveis de alto interesse nacional e internacional. Certamente, a competência, a infraestrutura e a gestão do CNPEM são as bases promotoras dos resultados inovadores e expressivos em nosso projeto, considerando o estado da arte e os desafios da indústria de bioenergia. Nessa iniciativa conjunta, a elevada qualificação do CNPEM tem

nos permitido avançar em duas frentes estratégicas para ampliar o uso de biocombustíveis e impulsionar a sustentabilidade no Brasil. Nossa experiência é mais um exemplo bem-sucedido da relevância da atuação do CNPEM em temas fundamentais para o progresso tecnológico e para a geração de benefícios para a sociedade.

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O QUE ELES DIZEM SOBRE O CNPEM | WHAT THEY'RE SAYING ABOUT CNPEM

Produtos naturais de plantas têm um enorme potencial para servirem como uma plataforma extraordinária na modulação concomitante de alvos biológicos e microbioma de humanos, gerando novas terapias para doenças multifatoriais (terapias multi-target). A Nintx e o CNPEM recentemente se associaram para desenvolver inicialmente quatro projetos visando exponenciar produtos naturais da biodiversidade brasileira como plataforma para terapias multi-target. O CNPEM é uma referência mundial na ciência, com uma capacidade extraordinária para a descoberta de compostos ativos de origem natural contra alvos biológicos de interesse. Possui uma biblioteca de produtos naturais, tecnologias analíticas e de

screening avançadas, cristalografia de raio-X com o Sirius e cientistas de alto ca-

MILLER FREITAS

libre. Recentemente firmamos uma parceria, cuja ideia é juntar a Plataforma de

Co-fundador e CEO da Nintx – Next Innovative Therapeutics

Descoberta do CNPEM ao know-how da Nintx em P&D e negócios, assim como às

Co-founder and CEO of Nintx (Next innovative Therapeutics)

nossas tecnologias proprietárias no campo do microbioma humano.

Natural plant products have enormous potential to serve as an extraordinary platform for concomitant modulation of biological targets and the human microbiome, generating new multifactorial disease therapies (multi-target therapies). Nintx and CNPEM have recently joined together to initially carry out four projects to boost the potential of natural products from Brazil’s biodiversity as a platform for multi-target therapies. CNPEM is a global reference in science, with an en

extraordinary capacity to discover natural active compounds that can act against biological targets of interest. It has a library of natural products, advanced screening and analytical technologies, X-ray crystallography with Sirius, and high-caliber scientists. We have recently established a partnership which will combine CNPEM’s Discovery Platform with Nintx’s know-how in R&D and business, as well as our proprietary technologies in the field of the human microbiome.

A Ciência é sobre a Natureza e utiliza matemática como linguagem. O que une os dois campos são os experimentos, que caracterizam os fenômenos por medidas quantitativas, abrindo as portas para a modelagem matemática. Tradicionalmente, os bacharelados nas várias ciências (física, química, biologia), focam no aprendizado dos modelos e das técnicas de medidas em uma determinada disciplina. Hoje, a resolução dos problemas aos quais precisaRITA MARIA CUNHA DE ALMEIDA

mos fazer frente são essencialmente multidisci-

Professora no Departamento de Física - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS

com outras áreas depois de formados. O ILUM

Professor at the Physics Department Federal University of Rio Grande do Sul

plinares, e os cientistas aprendem a conversar possibilita a formação de cientistas já em contato com diferentes disciplinas, com uma infraestrutura que possibilita experimentos de última geração, facilitando o

contato com cientistas de múltiplas disciplinas. É uma ideia de vanguarda, proposta sobre bases sólidas que resultará em uma formação especial para os cientistas que dali saírem: farão diferença nos ambientes que vierem a atuar.

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en Science is about Nature and uses mathematics as a language. What unites the two fields are experiments, which characterize the phenomena by quantitative measures, opening the door to mathematical modelling. Traditionally, bachelors in the various sciences (physics, chemistry, biology) focus on learning the models and measurement techniques in a given discipline. Today, solving the problems we need to face is multidisciplinary, and scientists must learn to talk to other areas after graduation. ILUM enables the training of scientists already in contact with different disciplines, with an infrastructure that enables state-ofthe-art experiments, enabling interactions with scientists from multiple disciplines. It is an avant-garde idea, proposed on solid foundations, and it will result in special training for scientists who leave there: they will make a difference in the environments where they work.

FERNANDO VARELLA

THIAGO L. VASCONCELOS

Diretor do negócio Produtos Transformados - Companhia Brasileira de Alumínio

Pesquisador Metrologista na Divisão de Metrologia de Materiais no INMETRO

Metrologist Researcher at the Materials Metrology Division at INMETRO

Downstream Business Unit Director, CBA (Companhia Brasileira de Alumínio)

No segundo semestre de 2021, submetemos um pedido de serviço que envolvia a realização de um processo de litografia óptica em 6 amostras de siA CBA desenvolve vários estu-

lício revestidas com camada de cromo que enviaríamos ao CNPEM. Todo este

dos tecnológicos com parceiros sobre

processo foi rápido e intuitivo. Enviei as amostras pelos Correios e o arquivo

o desempenho e aplicação do alumí-

contendo o padrão de litografia por email. Ressalto que um dos pontos positi-

nio, para promover soluções inovado-

vos foi a interação ágil e contínua dos técnicos durante todo o processo. Como

ras para o mercado. O trabalho com

exemplo, o Davi de Camargo me contatou dizendo que havia danos em algumas

o CNPEM faz parte das parcerias de

das amostras enviadas, o que levaria a problemas no processo litográfico. Assim,

sucesso. Desta forma, enriquecemos

decidimos juntos como prosseguir. Considerando o tipo de serviço realizado e

as discussões, entregando valor

o fato de ter sido feito pela primeira vez no CNPEM, destaco a qualidade do ma-

para as tendências futuras de mer-

terial enviado e o curto tempo de todo o processo, menos de duas semanas. Já

cado e para os desafios globais da

no Inmetro, pudemos comprovar a alta qualidade do serviço prestado, com um

sociedade, inclusive sob o ponto de

filme de fotoresiste com padrão litografado feito em alta qualidade e da forma

vista ESG (estratégias com foco em

como tínhamos planejado. Ficamos muito satisfeitos com o profissionalismo da

ambiente, sustentabilidade e gover-

equipe e com toda a realização deste serviço no CNPEM.

nança) e ODSs (Objetivos de Desenvolvimento Sustentável).

In the second half of 2021, we submitted a serv ice request to CNPEM which involved performing an optical lithography process on six chromium-coated silicon samples.This entire process was fast and intuitive. I mail-posted the sample and emailed the file containing the lithograph pattern. One of the highlights was the agile and continuous interaction of the technicians throughout the process. For example, the technician Dav i contacted me saying that there was damage to some of the samples sent, which would lead to problems in the lithographic process, and we decided together how to proceed. Considering the ty pe of serv ice performed and the fact that CNPEM was performing it for the first time, I also highlight the quality of the material delivered and the short time of the entire process, less than two weeks. At Inmetro, we proved the high quality of the serv ice prov ided, with a photoresist film with a lithograph pattern made in high quality and in the way we had planned. We were very satisfied with the professionalism of the team and with all the performance of this serv ice prov ided at CNPEM. en

en CBA carries out various technological studies with partners on the performance and application of aluminum to promote innovative market solutions. Working with CNPEM is part of successful partnerships. In this way we have enriched discussions by delivering value for future market trends and global challenges that will face the society, including from the perspective of ESG (Environmental, Social and Governance) and SDGs (Sustainable Development Goals).

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CNPEM EM NÚMEROS | CNPEM IN NUMBERS

NÚMEROS OBTIDOS DOS LEVANTAMENTOS ANUAIS DE 2020 E 2021 NUMBERS OBTAINED FROM ANNUAL SURVEY FOR 2020 AND 2021

Os números a seguir refletem alguns dos resultados positivos do CNPEM,

The following figures reflect some of CNPEM's positive outcomes,

mesmo em anos singulares para o Centro e para toda a humanidade.

even during years that were unprecedented for the Center and for

Em 2020 e 2021, o campus funcionou com acesso restrito, mas

all of humankind.

destacam-se como exemplos de êxito em cumprir sua missão, a am-

In 2020 and 2021 access to the campus was restricted, but stand out as

pliação dos esforços de atendimento remoto de usuários externos; a

examples of success in fulfilling its mission, the expansion of care efforts

realização de eventos científicos e de capacitação realizados no for-

remote from external users; the holding of scientific and training events

mato online, obtendo recorde no número de participantes externos

held in the online format, achieving record in the number of external par-

e o novo resultado recorde de proteção de propriedade intelectual.

ticipants and the new record result of intellectual property protection.

por

INTERNOS

usuários EXTERNOS

943 INSCRITOS para

ingresso na primeira turma ILUM ESCOLA DE CIÊNCIA

ILUM ILUM

INSCRIÇÕES de todas as

REGIÕES DO BRASIL

72% ESTUDANTES

ESCOLA PÚBLICA

articles

534

EXTERNAL researchers

articles

1.737

INTERNAL

PUBLISHED by

943 STUDENTS

enrolled

the first class of the ILUM SCIENCE SCHOOL 26

ILUM BRAZILIAN REGIONS 72% STUDENTS ILUM

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ENROLLMENTS from all

FROM PUBLIC SCHOOLS 21/22

(média)

4.783

Participantes DE EVENTOS virtuais

PROJETOS com

artigos

PUBLICADOS

fator de IMPACTO 2020 5,036 PESQUISAS internas 2021 6,43 empresas

42 PATENTES

2020 5,036 INTERNAL studies 2021 6,43 Average impact factor for

4.783

events

42 PATENTS

PROJECTS with

534

1.737 artigos

companies

Participants IN VIRTUAL

TREINAMENTO | TRAINING

CNPEM NAS SALAS DE AULA CNPEM IN THE CLASSROOM

Professores passam por imersão na atmosfera de pesquisa e desenvolvimento de fronteira do Centro Teachers are immersed in the Center’s atmosphere of cutting-edge research and development

Em 2021, a Escola Sirius para Professores do Ensino Médio (ESPEM) aconteceu pela primeira vez em formato virtual, ampliando seu alcance e as disciplinas atendidas.

The Sirius School for High School Teachers held its third edition in virtual format during 2021. It expanded its reach and subjects attended

TREINAMENTO | TRAINING

omo compreender as ciências representadas por números e gráficos em suas aplicações reais? No CNPEM, ciências como física, matemática, química e biologia protagonizam muitos projetos. É através de seu domínio que pesquisadores buscam soluções para os problemas que enfrentamos. Aqui as ondas, gráficos e reações se tornam energia, luz, movimento, atritos, respostas; e saltam dos livros fazendo todo sentido. Na Escola Sirius para Professores do Ensino Médio (ESPEM), evento promovido pelo CNPEM em parceria com a Sociedade Brasileira de Física (SBF), e financiado pelo MCTI com recursos do programa Ciência na Escola, professores das redes municipal, estadual, federal e privada de todo País têm a oportunidade de se tornar novamente alunos por uma semana, em uma experiência de imersão na atmosfera de pesquisa e desenvolvimento de fronteira do CNPEM, com o objetivo de levar ideias da ciência moderna para as salas de aula. A programação da ESPEM apresenta a fonte de luz síncrotron Sirius, que dá nome à Escola, incluindo uma introdução aos aceleradores de partículas, à produção de luz síncrotron, e à interação entre a luz e a matéria e suas aplicações nas diferentes áreas da ciência. Os professores também têm contato com as pesquisas de cada Laboratório Nacional do CNPEM, através de visitas às instalações e de seminários com temas atuais sobre as diferentes áreas em que atuam os pesquisadores do Centro. Mais que uma iniciativa para dar conhecimento à sociedade sobre as atividades do CNPEM, a ESPEM é uma aproximação do professor com o contexto da pesquisa científica. A Escola tem o potencial de ser um ponto de inflexão na formação dos professores participantes e em sua prática dentro e fora da sala de aula.

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en How can we understand the science represented by numbers and graphs in real-world applications? At CNPEM, sciences such as physics, mathematics, chemistry, and biology play a role in many projects. Through mastery of these areas, researchers design solutions to the problems we face. Here waves, graphs, and reactions transform into energy, light, movement, friction, and answers, leaping off the pages of textbooks and making complete sense. At the Sirius School for High School Teachers (ESPEM), an event promoted by CNPEM in partnership with the Brazilian Society of Physics (SBF) and financed by MCTI with resources from the Science in School program, teachers from municipal, state, federal, and private schools all over the country have the opportunity to become students again for a week, as part of an immersive experience in CNPEM's cutting-edge research and development atmosphere, in order to bring ideas from modern science into the classroom. The ESPEM program presents the Sirius synchrotron light source (which also lends its name to this event), including an introduction to particle accelerators, synchrotron light production, and the interaction between light and matter and applications in the various areas of science. The teachers also come into contact with the research being carried out at each of CNPEM's National Laboratories, through visits to these facilities and seminars on current topics related to the different areas in which the Center's researchers work. The ESPEM program is more than just an initiative to disseminate information about CNPEM's activities: it brings teachers closer to the context of scientific research. The Sirius School has the potential to be a turning point in the training of teachers who participate, as well as in their practice inside and outside the classroom.

As edições presenciais da ESPEM, realizadas em janeiro de 2019 e de 2020 incluíam visitas guiadas ao Sirius. The in-person editions of ESPEM, held in 2019 and February 2020, included guided tours through Sirius.

a adas

DEPOIMENTOS ESPEM 2019 TESTIMONIALS FROM ESPEM 2019

Participar da ESPEM foi uma grande dádiva. Sa mos da caixinha da comodidade de sala de aula, do tradicionalismo conteudista, que muitas vezes faz com que a F sica seja vista como algo de dif cil acesso. “Participating in ESPEM was a great gift.

We went outside our box of classroom convenience, away from the traditional focus on content, that often makes physics look like something difficult to access.” ELOÍDES DE SOUSA MELO (AM)

A ESPEM teve uma diversidade muito grande de professores, de todos os estados, todas as idades, então as trocas de experiências entre os professores foram incr veis. “ESPEM had a wide variety of teachers from

all states and all ages, so the exchanges of experience among teachers were incredible.” FRANTCHESCO ROMÁRIO DE ALENCAR (MT)

ESPEM 2019

0 as rius.

A primeira edição da ESPEM ocorreu entre os dias 14 e

EM,

do Distrito Federal.

18 de janeiro de 2019, reunindo 20 professores de Física da rede pública de ensino selecionados de 16 estados e

en The first edition of ESPEM was held January 14–18, 2019,

A ESPEM me motivou para inovar no contexto escolar e me abriu os olhos para a nossa ciência, para divulgar ciência brasileira e inspirar crianças e adolescentes a interagir com o mundo na busca constante de se questionar. “ESPEM motivated me to innovate within the school context, and opened my eyes to our science, to disseminate Brazilian science and inspire children and adolescents to interact with the world in the constant quest to question themselves.”

bringing together 20 physics teachers selected from the public school network in 16 states and the Federal District.

LIZA MACEDO LOPES (PR)

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TREINAMENTO | TRAINING

DEPOIMENTOS ESPEM 2020

ESPEM 2020

TESTIMONIALS FROM ESPEM 2020 A segunda edição ESPEM foi realizada de 20 a 24 de janeiro de 2020 e selecionou 35 professores de Física, principalmente da rede pública de ensino, vindos de 21 estados e do Distrito Federal. Esta edição foi financiada pelo MCTI com

recursos

programa

Ciência

Levar isso para os nossos estudantes vai fazer uma diferença muito grande na vida deles. Eles vão enxergar a ciência de outra forma, que há muitas perguntas que não foram respondidas e que são eles que vão responder. “Bringing this back to our students will make a very big difference in their lives. They will see science differently, that there are many questions that have not been answered, and they are the ones who will answer them.”

na Escola. ALEXANDRE FARRAPO CAMPOS (CE) en The second edi-

tion of ESPEM was held

20–24, 35

January

2020

physics

with teach-

ers, mainly from the public school network, from 21 states and the Federal District.

This

edition

was funded by the MCTI with resources

Foi uma experiência mpar. A experiência de interagir com os pesquisadores fará muita diferença nos próximos planejamentos e projetos com os estudantes. “It was a unique experience. The experience of interacting with the researchers will make a major difference in future planning and projects with the students.”

from the Science in School program.

MADGE BIANCHI DOS SANTOS (SC)

Considero que a ESPEM promoveu não só motivação pessoal para continuar discutindo a f sica moderna em minha prática docente, como me fez perceber novos caminhos para discussões interdisciplinares. “I believe that ESPEM has not only boosted my personal motivation to continue discussing modern physics in my teaching practice, but has made me realize new pathways towards interdisciplinary discussions.” RAFAELLE SOUZA (PB)

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A programação dos dos encontros inclui uma introdução aos aceleradores de partículas, à produção de luz síncrotron, e à interação entre a luz e a matéria e suas aplicações nas diferentes áreas da ciência. The program of the meetings includes an introduction to particle accelerators, the production of synchrotron light, and the interaction between light and matter and its applications in different areas of science.

ESPEM 2021

A terceira edição da ESPEM foi realizada de 26 a 30 de julho de 2021 em formato virtual. Pela primeira vez, a Escola recebeu professores de Física, Química e Biologia com uma programação diversificada e em linguagem adequada para todas as áreas. Nesta edição, foram recebidos 254 professores de 23 estados do distrito federal.

The third edition of ESPEM was held July 26–30, 2021 in a virtual setting. For the first time, the course included physics, chemistry, and biology teachers with diversified content in language appropriate for all areas. This edition included 254 teachers from 23 states and the Federal District. en

DEPOIMENTOS ESPEM 2021

TESTIMONIALS FROM ESPEM 2021

A ESPEM contribuiu de maneira significativa para construção de novos entendimentos sobre tantos temas. Foi uma experiência encantadora e umas das melhores experiências que contemplei neste per odo de pandemia. “ESPEM contributed significantly to the construction of new understandings on so many topics. It was a delightful experience, and one of the best I've seen during the pandemic.” LUCIANA DA CRUZ BARROS (PA)

A ESPEM é um evento fantástico, muito bem estruturado e com conteúdos atuais. Os palestrantes são excelentes e ensinam de forma clara. Seria excelente se todos os professores pudessem participar de eventos como esse. “ESPEM is a fantastic event, very well structured and with up-todate content. The speakers are excellent and teach clearly. It would be excellent if all teachers could participate in events like this.” KELLY DE SOUZA DO NASCIMENTO VIEIRA (ES)

Eu gostaria de realçar a preciosidade de eventos como esse para a promoção de um diálogo entre pesquisadores de ponta e professores da escola básica. “I would like to highlight how important events like these are to promote dialog between cutting-edge researchers and basic education teachers.” OSVALDO CANATO JÚNIOR (SP)

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POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENCE HIGHLIGHTS As pesquisas internas do CNPEM são voltadas para temas de interesse do Brasil em setores como saúde, energia, novos materiais, meio ambiente e tecnologias quânticas. Os projetos são bases influentes e confiáveis de conhecimento para a comunidade científica nacional e internacional. Estudos desenvolvidos no Centro têm à sua disposição infraestrutura de ponta, especialistas críticos e experientes atuando em um ambiente multidisciplinar aberto a desafios disruptivos e visionários.

IMUNIDADE

PESQUISAS INTERNAS INTERNAL RESEARCH

en CNPEM's internal research focuses on topics of interest to Brazil in sectors such as health, energy, new materials, the environment, and quantum technologies. The projects are influential and reliable knowledge bases for the national and international scientific community. Studies conducted at the Center have its state-ofthe-art infrastructure at their disposal, along with essential and experienced specialists working in a multidisciplinary environment who are open to disruptive and visionary challenges.

IMMUNITY

Caracterização de vesículas extracelulares usando microscopia eletrônica Characterization of extracellular vesicles using electron microscopy

Câncer de pele sem disfarces Skin cancer undisguised

STUDY REVEALS UNPRECEDENTED DETAILS OF AN IMMUNE PROCESS THAT MAY BE USEFUL TO DEVELOP VACCINES TO TREAT CANCER Extracellular vesicles of genetically modified tumor cells may be the key to developing therapies to

ESTUDO REVELA DETALHES INÉDITOS

seguros e eficientes de tratamento para

produce vaccines that can activate the immune sys-

DE PROCESSO IMUNOLÓGICO ÚTIL

o câncer, tão logo ele seja diagnosticado.

tem in cancer treatment, as described in a study by CN-

Desde 2017 o CNPEM publica estu-

PEM researchers and published in Scientific Reports.

NO DESENVOLVIMENTO DE VACINAS

dos para desenvolvimento de novos tra-

Marcio Chaim Bajgelman, who led the research

Vesículas extracelulares de células tu-

tamentos contra o câncer de pele, com

team, explains that the goal of developing antitu-

morais modificadas geneticamente podem

ótimos resultados no uso de células tu-

mor vaccines (unlike prophylactic vaccines that can

ser a chave para o desenvolvimento de te-

morais geneticamente modificadas para

prevent diseases) is to find safe and efficient mech-

rapias que buscam vacinas capazes de ati-

expressão de combinações de imuno-

anisms to treat cancer as soon as it is diagnosed.

var o sistema imunológico no tratamento

moduladores específicos.

PARA TRATAMENTO DE CÂNCER.

Since 2017, CNPEM has published studies to devel-

de câncer. É o que revela um estudo publi-

A eficiência da ativação do sistema

op new skin cancer treatments, with excellent results

cado na revista científica Scientific Reports,

imunológico a partir do contato direto

from using genetically modified tumor cells to ex-

realizado por pesquisadores do CNPEM.

entre células modificadas para expressar

press specific combinations of immunomodulators.

Marcio Chaim Bajgelman, que coorde-

os imunomoduladores na superfície de

The efficacy of activating the immune system

na a equipe de pesquisa, explica que o

linfócitos já foi anteriormente demons-

via direct contact between modified cells to express

que se pretende com o desenvolvimento

trada. Os ensaios em células animais de-

immunomodulators on the surface of lymphocytes

de vacinas antitumorais, diferentemente

monstraram não apenas a eliminação de

has already been demonstrated. Animal cell as-

daquelas profiláticas, capazes de preve-

tumores, mas a capacidade de reação em

says demonstrated not only elimination of the tu-

nir doenças, é encontrar mecanismos

caso de reaparecimento da doença.

mor, but the capacity to react if the disease recurs.

POR DENTRO DO CNPEM

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Câncer, vírus, espuma ecológica, machine-learning, enzimas e fungos foram somente alguns dos temas de artigos de destaque publicados por pesquisadores do CNPEM entre 2020 e 2021.

Cancer, ecological foam, machine learning, enzymes and fungi were just some of the topics of prominent articles published by CNPEM researchers between 2020 and 2021.

OS LINFÓCITOS PODEM RECEBER SINALIZAÇÕES

LYMPHOCYTES CAN RECEIVE ACTIVATION

ATIVADORAS MESMO SEM CONTATO DIRETO COM

SIGNALS EVEN WHEN NOT IN DIRECT

VACINAS ANTITUMORAIS.

CONTACT WITH ANTITUMOR VACCINES.

A observação de que células T (do sistema imunoló-

The observation that T cells (from the im-

gico) podiam ser ativadas também quando imersas no

mune system) could also be activated when

mesmo meio de cultura em que previamente tinham sido

immersed in the same culture medium in

cultivadas as células tumorais geneticamente modifica-

which genetically modified tumor cells had

das estimulou uma nova fase de pesquisa, dessa vez para

previously been cultured led to a new re-

buscar proteínas imunomodulatórias (que controlam a

search phase: this time searching for immu-

imunidade) na composição desse meio condicionado.

nomodulatory proteins that control immuni-

“Observamos que essas proteínas que buscávamos

ty within this specific medium.

na verdade eram vesículas extracelulares que carrea-

Bajgelman states, "We observed that

vam proteínas imunomodulatórias com ação antitu-

these proteins we were looking for were actu-

moral", revela Bajgelman.

ally extracellular vesicles that carried antitu-

Nos ensaios in vitro (em laboratório), verificou-se

mor immunomodulatory proteins."

que vesículas extracelulares provenientes de células

In in vitro (in laboratory) testing, extracel-

modificadas induziram a proliferação de células T e

lular vesicles from modified cells were seen

inibiram um imunossupressor das células T regula-

to induce T-cell proliferation and inhibit an

doras. Como as células T reguladoras podem inibir a

immunosuppressant in the regulatory T cells.

atividade de linfócitos antitumorais, a redução da ati-

Since regulatory T cells can inhibit the activity

vidade imunossupressora pode potencializar o efeito

of antitumor lymphocytes, reducing immu-

de terapias antitumorais.

nosuppressive activity can enhance the effect

As vesículas extracelulares são uma conhecida for-

of antitumor therapies.

Agências Financiadoras Todas das pesquisas internas realizadas pelo CNPEM são financiadas pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações - MCTI The Brazilian Ministry of Science, Technology and Innovation MCTI funds CNPEM in-house research FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico INCT-INOMAT - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Materiais Complexos Funcionais INCTBio - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Bioanalítica

ma de interação entre células. Como são produzidas

Extracellular vesicles are one way cells are

naturalmente por todas as células, especialmente em

known to interact. Since they are naturally pro-

grandes quantidades pelas tumorais, é possível se pen-

duced by all cells (and in especially large num-

sar em usá-las para o desenvolvimento de novas abor-

bers by tumor cells), they may offer options to

dagens terapêuticas para o tratamento de câncer, em

develop new therapeutic approaches to treat-

Funding agencies

que as vesículas "engenheiradas" podem carrear imu-

ing cancer in which engineered vesicles carry im-

nomoduladores para estimular o sistema imunológico

munomodulators to stimulate the immune sys-

contra células tumorais, como esclarece o pesquisador:

tem against tumor cells, as Bajgelman explains:

FAPESP - São Paulo Research & Innovation Support Foundation CAPES - Brazilian Coordination for Development of Higher Education Personnel CNPq - Brazilian National Council for Scientific and Technological Development INCT-INOMAT National Institute of Science and Technology in Complex Functional Materials INCTBio - National Institute of Science and Technology for Bioanalytics

“As células tumorais se valem de artifícios para serem

“Tumor cells use deception so that our im-

toleradas pelo nosso sistema imunológico. Nosso desa-

mune system tolerates them. Our challenge

fio é quebrar essa tolerância, tornando o sistema imu-

is to stop this tolerance, making the immune

nológico capaz de reconhecer com mais eficiência espe-

system more effectively recognize the cells

cificamente essas células que precisam ser eliminadas”.

that need to be eliminated.”

Ainda segundo Bajgelman, embora os ensaios te-

He adds that although the tests were con-

nham sido feitos com células de melanoma, a revelação

ducted with melanoma cells, the findings

de detalhes sobre o papel das vesículas extracelulares na

about the role of extracellular vesicles in

modulação do sistema imunológico abre perspectivas

modulating the immune system open up in-

inovadoras para a pesquisa voltadas ao desenvolvimen-

novative perspectives for research to develop

to de vacinas antitumorais para outros tipos de câncer.

antitumor vaccines for other types of cancer.

doi.org/10.1038/s41598020-72122-3

Agências financiadoras: FAPESP e CAPES

Funding Agencies: FAPESP and CAPES

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POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

VÍRUS

VIRUSES

A inédita anatomia do Mayaro The unique anatomy of the Mayaro virus A PRIMEIRA ESTRUTURA VIRAL COMPLETAMENTE ELUCIDADA NO BRASIL DESCREVE CARACTERÍSTICAS INÉDITAS E FUNDAMENTAIS DO VÍRUS MAYARO. ESTUDO FACILITARÁ O DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MÉTODOS DE DIAGNÓSTICO, MEDICAMENTOS E IMUNIZANTES CONTRA MAIS UMA DOENÇA TRANSMITIDA POR MOSQUITOS.

THE FIRST VIRAL STRUCTURE DOCUMENTED IN AN

Pela primeira vez no Brasil e na América Latina, a estrutura com-

ENTIRELY BRAZILIAN EFFORT DESCRIBES THE UNIQUE AND

pleta de um vírus foi elucidada. O feito é de uma equipe multidisci-

FUNDAMENTAL CHARACTERISTICS OF THE MAYARO VIRUS.

plinar de pesquisadores do CNPEM.

THIS RESEARCH WILL FACILITATE THE DEVELOPMENT OF NEW

O trabalho publicado na revista Nature Communications revelou detalhes inéditos da estrutura molecular do vírus Mayaro, com resolução de 4.4 angstrom, aproximadamente 100 mil vezes menor que a espessura de um fio de cabelo. O vírus, que foi primeiramente identificado em Trinidad e Toba-

DIAGNOSTIC METHODS, MEDICATIONS, AND IMMUNIZATIONS AGAINST YET ANOTHER MOSQUITO-BORNE DISEASE. This is the first time that the complete structure of a virus has been described in Brazil and Latin America; this was accomplished by a multidisciplinary team of researchers from CNPEM.

go ainda na década de 1950, se espalhou pelas Américas. A doença

The project, which was published in the journal Nature Communi-

infecciosa transmitida por mosquitos, conhecida como Febre do

cations, revealed unprecedented details of the molecular structure of

Mayaro, provoca dores nas articulações que podem perdurar por

the Mayaro virus at 4.4 angstrom resolution, approximately 100,000

meses. A Febre do Mayaro é uma das doenças endêmicas negligen-

times smaller than the thickness of a human hair.

ciadas no Brasil, com dificuldades de diagnóstico e sintomas muito

The virus, which was first identified in Trinidad and Tobago in

parecidos com os da Chikungunya, que prejudicam muito o planeja-

the 1950s, spread throughout the Americas. The infectious mosqui-

mento de estratégias de controle.

to-borne illness known as Mayaro virus disease causes joint pain that

O trabalho contou com a dedicação de 20 pesquisadores e cola-

can last for months. This is one of Brazil's neglected endemic diseases;

boradores ao longo de três anos e meio, empregou equipamentos

it is difficult to diagnose and has symptoms very similar to those of

sofisticados de Criomicroscopia Eletrônica e técnicas avançadas de

Chikungunya virus, which is a major hindrance to control strategies.

biologia para revelar a estrutura do vírus.

This project involved three and a half years of work by 20 researchers

“Neste trabalho descrevemos a partícula infecciosa do vírus Ma-

and collaborators, sophisticated electronic cryomicroscopy equipment,

yaro, incluindo todas as proteínas que o compõem. Foram usadas

and advanced biology techniques to reveal the structure of the virus.

técnicas que permitiram observar detalhes da biologia do vírus que

“In this project we described the infectious particle of the Mayaro virus,

não tinham sido descritos em outros trabalhos, e que representam

including all of its constituent proteins. We used techniques that allowed us

um avanço em nossas capacidades de combate e entendimento da

to observe details of the biology of the virus that had not been described else-

doença”, explica Rafael Elias Marques, pesquisador do CNPEM.

where, which represents an advance in our abilities to combat and under-

Uma das principais técnicas adotadas para revelar a estrutura

stand this disease,” explains Rafael Elias Marques, a researcher at CNPEM.

viral foi a criomicroscopia eletrônica. O método, que permite enxer-

One of the main techniques used to reveal the viral structure was

gar a estrutura atômica tridimensional de moléculas biológicas, foi

electronic cryomicroscopy. This method, which makes it possible to

tema de prêmio Nobel em 2017 e vem sendo amplamente emprega-

see the three-dimensional atomic structure of biological molecules,

do para compreender detalhes de outros vírus, como o SARS-CoV-2.

was the focus of the 2017 Nobel Prize in Chemistry and has been wide-

“No CNPEM, operamos um parque de microscopia eletrônica

ly used to understand details of other viruses, such as SARS-CoV-2.

único na América Latina. Esse conjunto de equipamentos é aber-

“At CNPEM we run an electron microscopy center that is unique in Latin

to para uso gratuito da comunidade científica e foi formatado para

America. This set of equipment is open for the scientific community to use

conferir competitividade internacional às pesquisas brasileiras em

free of charge, and has been established to make Brazilian research in struc-

biologia estrutural. Esse trabalho é um exemplo marcante deste po-

tural biology internationally competitive. This project is an outstanding

tencial”, explica o pesquisador do CNPEM, Rodrigo Portugal.

example of this potential,” explains CNPEM researcher Rodrigo Portugal.

POR DENTRO DO CNPEM

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Imagem que representa a estrutura do vírus Mayaro revela a partícula viral – em parte aberta para possibilitar a visualização de todas as suas proteínas. Cada uma das proteínas que forma a partícula viral está representada por uma cor (verde, cinza e vermelho). Os açúcares que são ligados às proteínas estão em laranja Cutaway representation of the Mayaro virus. Each of the proteins that comprise the virus particle is shown in a different color (green, gray, and red); sugars bound to the proteins are shown in orange.

doi.org/10.1038/ s41467-021-23400-9 Agências financiadoras: FAPESP, CNPq, CAPES, Serrapilheira Funding Agencies: FAPESP, CNPq, CAPES, Serrapilheira

HANDSHAKE

Na estrutura, revelada pela primeira vez, um dos detalhes

Notable in the newly revealed structure are

que chamam atenção são as cadeias de açúcares ligadas na

the chains of sugars linked in the E2 protein.

proteína E2. Estes açúcares estão voltados uns para os ou-

These sugars face each other in a configuration

tros em uma configuração que se assemelha a um aperto de

described as a handshake. Researchers believe

mãos e que, portanto, foi apelidada de “handshake” (aperto de

that these sugars are recognized by the immune

mãos). Os pesquisadores acreditam que esses açúcares, além

system, and can also help the virus organize and

de serem reconhecidos pelo sistema imunológico, podem aju-

become more stable. The function of this specific

dar o vírus a se organizar e ficar mais estável. A função dessa

part of the virus is among the topics that the re-

parte específica do vírus está entre os temas que continuarão

searchers will continue to study.

sendo estudados pelos pesquisadores.

“When we learn the details of the proteins that

“Quando conhecemos em detalhes as proteínas que com-

make up the structure of a virus, we can differ-

põem a estrutura de um vírus, conseguimos diferenciá-lo de

entiate it from other existing viruses, helping to

outros vírus existentes, colaborando para o desenvolvimento de

develop a more specific diagnosis for the disease.

um diagnóstico mais específico da doença. Além disso, podemos

We can also rationally identify molecules that

identificar de forma racional moléculas que sejam capazes de se

can bind to the virus and impede it from replicat-

ligar ao vírus e inibir sua replicação ou entrada na célula humana,

ing or entering human cells, which leads to the

levando ao desenvolvimento de medicamentos que podem com-

development of drugs that can fight infection,”

bater a infecção”, explica Helder Ribeiro, pesquisador do CNPEM.

explains Helder Ribeiro, a researcher at CNPEM.

Visão ampliada de 2 espículas lado a lado na superfície do vírus Mayaro. Cada espícula é formada pela combinação de 3 proteínas E2 (em verde) e 3 proteínas E1 (em cinza). As espículas são responsáveis pelo reconhecimento das nossas células e são onde se ligam nossos anticorpos. Na parte central dessa imagem é possível observar 2 açúcares (em laranja) apontando um para o outro e formando o que foi apelidado de “handshake” (Imagem: CNPEM/MCTI) Magnified view of two side-by-side spikes on the surface of the Mayaro virus. Each spike is made up of a combination of 3 E2 proteins (green) and 3 E1 proteins (gray). The spikes are responsible for recognizing our cells and are where our antibodies bind. In the center of the image 2 sugars (orange) can be seen pointing toward each other and forming what is known as a “handshake” (Image: CNPEM/MCTI)

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

O estudo, publicado na revista Chemosphere, descreve resultados obtidos com a degradação química do nanomaterial de grafeno utilizando um produto muito comum e de baixo custo: o hipoclorito de sódio, conhecido como água sanitária. O ESTUDO De acordo com a pesquisa, o nanomaterial óxido de grafeno se degrada e se torna muito mais solúvel e menos tóxico após incubação com água sanitária por uma semana. “As partículas de óxido de grafeno degradadas ficam com tamanhos menores que 30 nanômetros de diâmetro. Enquanto as sem modificação ou não degradadas, estão com, em torno de, 150 nanômetros de diâmetro”, revela o pesquisador Diego Martinez.

Representação da redução da toxicidade do óxido de grafeno nos modelos analisados, em diferentes funções. Representation of the reduction of graphene oxide toxicity in the analyzed models, in different vital functions.

Em muitos casos a redução de tamanho das partículas poderia aumentar os riscos toxicológicos do grafeno e torná-lo mais perigoso. Para investigar a toxicidade, o organismo modelo empregado foi o C. elegans (Caenorhabditis elegans), um nematóide de 1 milímetro de tamanho, isolado de solos e comumente utilizado em toxicologia. O contato com o na-

NANOTOXICOLOGIA

NANOTOXICOLOGY

Desinfeta até na nanoescala Disinfecting at the nanoscale

nomaterial óxido de grafeno afetou a sobrevivência, crescimento e reprodução dos organismos; o que não foi observado para os organismos expostos com o material degradado. Para confirmar a interação e absorção oral dos nanomateriais foram usados recursos de microscopia hiperespectral, uma técnica avançada que permite rastrear nanopartículas dentro de tecidos biológicos com alta resolução. “Após a degradação do óxido de grafeno, nós verificamos uma redução da toxicidade aguda em, aproximadamente,

ÁGUA SANITÁRIA PODE REDUZIR TOXICIDADE DE ÓXIDO DE GRAFENO.

100%; além de ausência de efeitos sobre a fertilidade e re-

Degradação e descarte de resíduos de nanomateriais com seguran-

produção dos organismos. Então imaginamos que esse pode

ça é um desafio tecnológico que o CNPEM investiga para prevenir im-

ser um método útil para mitigar riscos e descartar resíduos

pactos sobre a saúde humana e ambiental.

materiais à base de grafeno com segurança”, explica Diego.

O óxido de grafeno é um estratégico nanomaterial à base de carbono, promissor para segmentos da indústria que dominam a tecnologia

PRÓXIMOS PASSOS

de ponta, agregando novas e/ou alterando características, como visco-

O trabalho contribuiu para melhor compreensão da

sidade, resistência mecânica, condutividade elétrica a produtos como

transformação de materiais à base de grafeno e sua relação

tintas, filtros, embalagens, catalisadores, dispositivos eletrônicos, ma-

com toxicidade (mitigação), fundamentais para aprimorar

teriais biomédicos, construção civil e muitos outros.

os métodos de gestão de resíduos gerados por esse tipo

Diferentemente de outras fases do desenvolvimento tecnológico e

de material durante seu ciclo de vida, porém, mais estudos

industrial, a era da nanotecnologia chega com a consciência global e de

complementares são necessários para exploração tecnoló-

que a incorporação de novos materiais deve vir acompanhada de maio-

gica desta metodologia.

res cuidados com a gestão de resíduos, considerando o ciclo de vida com-

“Obviamente, vamos ter que testar esses materiais de

pleto do produto. Desde a matéria-prima, passando pela manufatura até

grafeno degradados sobre outros organismos modelo,

o descarte, e sempre considerando a sustentabilidade dos processos.

como bactérias, algas, peixes e células de humanos. Já esta-

O compromisso com aspectos de saúde, ambiente e segurança é

mos fazendo isso, e também estamos estudando as intera-

uma das referências que norteiam as pesquisas com nanomateriais

ções com outros materiais presentes em efluentes, visando

desenvolvidas no CNPEM. Nesta linha, um estudo recente revela um

entender de maneira integrada seus potenciais efeitos so-

método químico simples e promissor para degradar e reduzir a toxici-

bre organismos vivos e impactos no meio ambiente”, finali-

dade de óxido de grafeno.

za Diego Martinez.

POR DENTRO DO CNPEM

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BLEACH MAY REDUCE THE TOXICITY OF GRAPHENE OXIDE. Safe degradation and disposal of nanomaterials is a technological challenge that CNPEM investigates to prevent impacts on human health and the environment. Graphene oxide is a strategic carbon-based nanomaterial that holds promise for areas of manufacturing that utilize cutting-edge technology: it can alter or add new characteristics such as viscosity, mechanical resistance, and electrical conductivity to products such as paints, filters, packaging, catalysts, electronic devices, biomedical materials, in home construction and many other areas. Unlike other phases of technological and industrial development, the nanotechnology era involves a global conscience and awareness that incorporation of new materials must also include more attention to waste management, considering the product's complete life cycle. This starts with the raw material, passes through manufacturing to disposal, and always considers sustainability in the process. A commitment to health, the environment, and safety is one of the references that guide the nanomaterials research conducted at CNPEM. Along these lines, a recent study has revealed a simple and promising chemical method to degrade and reduce the toxicity of graphene oxide. The study, published in Chemosphere magazine, describes results obtained from chemical degradation of graphene nanomaterial using a very common, low-cost product: sodium hypochlorite, better known as bleach. THE STUDY

Imagens de microscopia hiperespectral de campo escuro (EDHM) do nematóide modelo C. elegans: a) controle; b) expostos ao oxido de grafeno e c) expostos ao óxido de grafeno degradado. Os pontos vermelhos indicam os materiais de grafeno aderidos na cutícula e intestino do organismo após 24 horas de exposição. Dark-field hyperspectral microscopy (EDHM) images of the C. elegans nematode model: a) control; b) exposed to graphene oxide; c) exposed to degraded graphene oxide. Red dots indicate the graphene materials adhered to the skin and intestine of the nematode after 24 hours of exposure.

According to the research, the graphene oxide nanomaterial degrades and becomes much more soluble and less toxic after incubating in bleach for a week.

track nanoparticles within biological tissues at high resolution. “After degradation of the graphene oxide, we observed a reduc-

“The degraded graphene oxide particles shrink to less than 30 nano-

tion of approximately 100% in acute toxicity, as well as a lack of ef-

meters in diameter; [particles] that are not modified or degraded are

fects on fertility and reproduction in the organisms. So we imagine

about 150 nanometers in diameter,” says researcher Diego Martinez.

that this can be a useful method to mitigate risk and safely dispose of

In many cases, reducing parti-

graphene-based waste material,” explains Martinez.

cle size could increase the toxicological risks of graphene, making

A ERA DA NANOTECNOLOGIA CHEGA CONSIDERANDO O CICLO DE VIDA COMPLETO DE NOVOS MATERIAIS

it more dangerous. Toxicity was tested

Caenorhabditis

NEXT STEPS This project contributed to a better understanding of transforma-

ele-

tion of graphene-based materials and their relationship to toxicity

gans, a 1-millimeter nematode

(mitigation), which are fundamental to improve management of waste

isolated from soil and commonly

generated by this type of material during its life cycle, but additional

used in toxicology testing models.

studies are necessary to put this methodology into practice.

Contact with the graphene oxide

“Obviously, we will have to test these degraded graphene materials

nanomaterial affected the surviv-

in other animal models, such as bacteria, algae, fish, and human cells.

al, growth, and reproduction of

We are already doing this, and we are also studying the interactions

these organisms, but this was not

with other materials present in waste effluent in order to understand

observed when they were exposed

the potential effects on living organisms and environmental impacts

to the degraded material. Hyper-

in an integrated manner," adds Diego Martinez.

spectral

microscopy

resources

were utilized to confirm the interaction and oral absorption of the nanomaterials; this advanced technique makes it possible to

doi.org/ 10.1016/ j.chemosphere. 2021.130421

Agências financiadoras: CAPES e INCTINOMAT

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Funding Agencies:

CAPES and INCTINOMAT

POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

NANOMATERIAIS

NANOMATERIALS

Espuma feita a partir de materiais naturais mostra eficiência na absorção de óleos e solventes Foam made from natural materials found to efficiently absorb oils and solvents

INNOVATIVE COMPOUND OF NATURAL RUBBER LATEX AND CELLULOSE NANOFIBERS FEATURED ON THE COVER OF ACS APPLIED NANO MATERIALS. Researchers at CNPEM developed a 100% green process to produce a type of foam that can be very useful in decontamination work to remove pollutants from water. The material, obtained from a combination of nanocellulose fibrils and natural rubber latex, was shown to have an excellent capacity to absorb various types of organic oils and solvents. The scientific article containing the details of the experiments was featured on the cover of the November 2020 issue of ACS Applied Nano Materials. The process to produce this foam is notable because it uses no petroleum-derived products, only natural materials that are abundant in nature and water as a solvent. Researcher Rubia Figueredo Gouveia coordinated the study and explains that nanocellulose alone does not have an efficient affinity to absorb the analyzed

Espuma à base de nanofibrilas de celulose composta por teor de borracha natural de 90% em peso. Cellulose nanofibril-based foam composed of a natural rubber content of 90% by weight.

pollutants, and its fragile structure very easily unravels when it comes into contact with water. “The combination with natural rubber latex provides the strength needed for the 3D structure of the material and

COMPOSTO INOVADOR DE NANOFIBRAS DE CELULOSE E LÁTEX DE BORRACHA

the ability to absorb pollutants.”

NATURAL FOI ASSUNTO DE CAPA DA REVISTA ACS APPLIED NANO MATERIALS. Pesquisadoras do CNPEM desenvolveram um processo 100% verde para produção de um tipo de espuma que pode ser muito útil em tarefas de descontaminação de

PATENTED EFFICIENCY This innovation (which CNPEM has the patent) has various possibilities for appli-

poluentes em água. O material, obtido a partir da combinação de fibrilas de nanocelulose e látex de

cations in filters and environmental reme-

borracha natural, demonstrou excelente capacidade de absorção de diversos tipos

diation processes, and has proven ideal

de óleos e solventes orgânicos. O artigo científico com detalhes dos experimentos foi

characteristics for porosity and structure

assunto de capa da revista ACS Applied Nano Materials do mês de novembro de 2020.

strength. In addition to the evident differ-

O processo de produção da espuma chama a atenção porque não usa nenhum

ential that comes from using renewable

produto derivado de petróleo, somente materiais naturais abundantes na natureza e

biomass that is abundant from manufac-

água como solvente.

turing, the foam can absorb up to 50 times

A pesquisadora Rubia Figueredo Gouveia, que coordenou o estudo, explica que a

its mass in pollutants, even those that are

nanocelulose sozinha não tem uma eficiente afinidade para absorver os poluentes ana-

more viscous. Tests also showed that the

lisados e ainda tem uma estrutura frágil, que se desfaz com muita facilidade em contato

foam retains its high absorption capacity

com água. “A combinação com o látex de borracha natural é que dá a robustez neces-

even after 20 re-use cycles, as well as quick

sária para a estruturação 3D do material, e a capacidade de absorver os poluentes”.

absorption (between 1s and 10s).

POR DENTRO DO CNPEM

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EFICIÊNCIA PATENTEADA A inovação patenteada pelo CNPEM, tem diversas possibilidades de aplicação em filtros e processos de remediação do meio ambiente, demonstrou ter alcançado características ideais de porosidade e robustez da estrutura. Além do evidente diferencial no aproveitamento de biomassas renováveis e abundantes na fabricação, a espuma apresentou capacidade de absorver volumes de poluentes até 50 vezes superiores à sua massa, mesmo os mais viscosos. Testes também demonstraram que a espuma mantém elevados níveis de eficiência de absorção, mesmo após 20 ciclos de reutilização, além da rápida taxa de absorção, de 1s a 10s.

CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DAS ESPUMAS DE NANOCELULOSE E LÁTEX DE BORRACHA NATURAL PARA DIVERSOS SOLVENTES ORGÂNICOS E ÓLEOS NANOCELLULOSE/NATURAL RUBBER LATEX FOAM’S CAPACITY TO ABSORB VARIOUS ORGANIC SOLVENTS AND OILS Glicerol

Glycerol

Gasolina

O PROCESSO EM MICROTOMOGRAFIAS 3D O processo de obtenção da espuma é relativamente simples e rápido. Os compostos sólidos (nanocelulose e látex de borracha natural) representam apenas 2% da composição da mistura dispersa em água. De acordo com Rubia, esse percentual de 98% de água é fundamental para a obtenção da estrutura porosa da espuma, que se consolida após etapas de congelamento e liofilização do composto.

Gasoline

Tolueno

Toluene

THF

Diesel

Óleo de Milho

Imagens de microtomografia 3D e microscopia eletrônica de varredura obtidas nos laboratórios do CNPEM revelam os detalhes que fazem a diferença e demonstram as razões da eficiência na afinidade entre os materiais. “As fibrilas de nanocelulose se agrupam em uma estrutura 3D e, depois de recobertas e aderidas pelo látex, acabam se reorganizando em uma estrutura porosa mais robusta, que se interconectam e contribuem tanto para a robustez e estabilidade do material quanto para uma maior absorção dos poluentes”, destaca a pesquisadora.

Corn oil

Clorofórmio

Chloroform

Óleo de girassol

Sunflower oil

Óleo de bomba

Pump oil

Óleo de soja

Soy oil

Óleo de silicone

Silicone oil

Capacidade de Absorção [g.g-1]

Absorption capacity

THE PROCESS IN 3D MICROIMAGES The foam is obtained in a relatively simple and fast process; the solid compounds (nanocellulose and natural rubber latex) account for only 2% of the composition of the mixture dispersed in water. According to Gouveia, this 98% water is fundamental to obtain the foam's porous structure, which consolidates after the compound passes through freezing and lyophilization steps. Scanning electron microscopy and 3D microtomography images obtained from CNPEM laboratories reveal the details that make the difference and demonstrate the reasons behind

Percentual de compressão da espuma e imagens das fibras sob pressão. Percentage of foam compression and images of fibers under pressure

the efficient affinity between the materials. “The nanocellulose fibrils are grouped into a 3D structure. After being covered and adhered by the latex, they reorganize into a stronger porous structure that interconnects and contributes to both the ro-

doi.org/10.1021/ acsanm.0c02203

Agências financiadoras: CNPq

Funding Agencies: CNPq

bustness and stability of the material and greater absorption of the pollutants,” Gouveia notes.

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POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

ARTIFICIAL INTELLIGENCE

Máquinas que diagnosticam Machines that diagnose

CÂNCER DE MAMA O estudo descreve a aplicação do método para diagnóstico de câncer de mama em amostras de sangue de camundongos. Estruturas lipídicas ex-

CNPEM USA MACHINE LEARNING EM NOVA PROPOSTA DE DISPOSITIVO PARA

tracelulares e as proteínas presentes na sua mem-

DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS SEM USO DE REAGENTES E ANTICORPOS.

brana foram usadas como biomarcadores do tumor

Em artigo publicado na revista ACS - American Chemical Society, pesquisado-

de Ehrlich para identificar animais sadios e com o

res do CNPEM apresentam a proposta de um novo conceito de análise clínica

tumor. O método também permitiu a quantificação

que baseia-se no uso de um sensor eletroquímico microfluídico e modelos de

simultânea desses dois biomarcadores, que con-

machine learning com potencial para tornar mais prático e econômico o diagnós-

tribuem para uma análise do estágio do câncer de

tico e prognóstico de diversas doenças. O método também visa obter resulta-

mama com acurácia elevada”. O grupo realizou o

dos seguros sem a dependência de insumos caros e escassos como anticorpos.

preparo das amostras em parceria com o Instituto de Química da USP em São Carlos (IQSC/USP).

CNPEM USES MACHINE LEARNING IN A NEW DEVICE THAT DIAGNOSES DISEASES WITHOUT REAGENTS OR ANTIBODIES.

BREAST CANCER

In an article published in the journal ACS- American Chemical Society, research-

The study describes applying this method to diagnose

ers from CNPEM present a new concept for clinical analysis based on a microfluidic

breast cancer in blood samples taken from mice. Extra-

electrochemical sensor and machine learning models that can potentially make

cellular lipid structures and proteins present in their

the diagnosis and prognosis of several diseases more practical and economical.

membranes were used as biomarkers of Ehrlich's tu-

This method is intended to provide safe results without dependence on expensive

mor to identify healthy animals and those with this type

and scarce materials (such as antibodies).

of cancer. The method also made it possible to simultaneously quantify these two biomarkers, contributing to a high-accuracy analysis of the breast cancer stage.

doi.org/10.1021/ acssensors.0c00599

Agências financiadoras: FAPESP e INCTBio

Funding Agencies: FAPESP and INCTBio

The group prepared the samples in partnership with the USP Institute of Chemistry in São Carlos (IQSC/USP).

NA PONTA DO LÁPIS O dispositivo microfluídico usa materiais de baixo custo. Os eletrodos de grafite, constituídos de minas de lápis, do mesmo tipo usado em lápis escolares, atuam como sensores de padrões eletroquímicos. Conectados a um equipamento portátil capaz de medir a impedância da corrente elétrica (potenciostato) e a um smartphone é possível determinar, em menos de 15 minutos, a presença e a concentração de biomarcadores de interesse em amostras com mínimos volumes de sangue. “São dados que não só contribuem para a triagem de casos, mas podem também dar referências de prognóstico de evolução da doença em cada paciente”, esclarece o pesquisador do CNPEM, Renato Sousa Lima. WATCH THE PENNIES The microfluidic device uses low-cost materials: graphite electrodes made from pencil lead (the same kind used by students) act as sensors for electrochemical patterns. When connected to portable equipment that can measure electrical impedance (a potentiostat) and a smartphone, the device can detect the presence and concentration of relevant biomarkers in samples using minimal volumes of blood in less than 15 minutes. “These data not only help screen cases, but can also provide references for prognostics of disease progress in each patient,” explains CNPEM researcher Renato Sousa Lima.

POR DENTRO DO CNPEM

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PHOTO BY NATIONAL CANCER INSTITUTE ON UNSPLASH

Câncer de mama: células cancerígenas gigantes poliplóides (PGCC) Breast cancer: polyploid giant cancer cell (PGCC)

PHOTO BY THISISENGINEERING RAENG ON UNSPLASH

CARACTERÍSTICAS DO DISPOSITIVO DEVICE FEATURES • PRODUÇÃO SIMPLES E ESCALONÁVEL. A partir de 1 mil unidades estima-se que poderia ter um custo unitário de U$ 0,60 ou pouco mais de três reais no câmbio de dezembro de 2021. • POTENCIOSTATO PORTÁTIL PARA MEDIDAS ELETROQUÍMICAS comerciais podem ser adquiridos por dois mil reais, mas podem ser constru dos facilmente, uma vez que

Dados das amostras coletados foram computados para geração de modelos em machine learning Collected sample data were computed for machine learning model generation

a sua eletrônica é de conhecimento público, a um custo estimado em quinhentos reais.

MACHINE LEARNING Cada amostra de sangue gera um espectro único de capacitância, que serve como impressão digital, e pode gerar até 100 variáveis. A identificação dos padrões específicos de interesse é tarefa para o modelo computacional de machine

• SENSOR ELETROQUÍMICO MICROFLUÍDICO (0,60 US$) • SMARTPHONE

learning, “uma classe de métodos capaz de descobrir padrões usando apenas os dados observados, sem ser explicitamente programado, o que permite que se torne ainda mais eficiente à medida que novas amostras são incluídas no banco

• SIMPLE AND SCALABLE

de dados do teste”, explica Adalberto Fazzio, pesquisador líder do estudo e atual

PRODUCTION. Starting

diretor da Ilum Escola de Ciência, recém-inaugurada pelo CNPEM.

at 1000 units, unit cost is

Esse estudo ainda conseguiu se valer de um padrão matemático (algoriti-

estimated at US$ 0.60.

mo) com robustez estatística. “Mesmo com um pequeno número de amostras

• PORTABLE POWER SWITCH

(12) para aquisição do algoritmo, ele demonstrou poder de exatidão e deve se

FOR ELECTROCHEMICAL

tornar ainda mais eficiente com a incorporação de dados de mais amostras no

MEASUREMENTS

futuro”, reforça Renato Sousa Lima.

(commercial units can be acquired for US$ 392.90

MACHINE LEARNING Each blood sample generates a unique capacitance spectrum that serves as a fin-

(Mar 2022), but because their electronics are in the

gerprint, and can generate up to 100 variables. Identifying specific patterns of interest

public domain they can

is a task for the machine learning computer model, “a class of methods capable of dis-

be easily constructed at

covering patterns using only the observed data without being explicitly programmed,

an estimated cost of US$

which allows it to become even more efficient as new samples are added to the test database,” explains Adalberto Fazzio, leader of the study and current director of the Ilum School of Science, which was recently inaugurated by CNPEM. This study also utilized a statistically robust mathematical pattern (algorithm). “Even with a small number of samples (12) for algorithm acquisition, it has demon-

98,22 (Mar 2022). • MICROFLUIDIC ELECTROCHEMICAL SENSOR (US$ 0.60) • SMARTPHONE

strated accuracy and should become even more efficient by incorporating data from more samples in the future,” adds Renato Sousa Lima.

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POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

SIMPLICIDADE E TELEMEDICINA Além de esforços em ciência e engenharia, os autores fizeram uso da tecnologia para trazer simplicidade e telemedicina às análises. Um smartphone foi usado para controle de um

ENZIMAS

ENZYMES

equipamento portátil para medidas eletroquímicas, aquisição e tratamento dos dados do sensor por machine learning e, finalmente, apresentação do resultado de interesse em sua tela, eliminando qualquer etapa de processamento de dados pelo usuário. Além de promover simplicidade à análise, o uso do smartphone pode ser muito útil como ferramenta de auxílio a programas de saúde em regiões remotas do país. Os dados obtidos nos exames podem ser compartilhados rapidamente e as informações contribuírem para ações estratégicas, como encaminhamento de pacientes para os centros de tratamento mais próximos. SIMPLICITY AND TELEMEDICINE Besides their efforts in science and engineering, the authors utilized technology to combine simplicity and telemedicine with their analyses. A smartphone was used to control a portable device for electrochemical measurements, acquisition and processing of sensor data using machine learning, and finally to present the results of interest on the screen, eliminating any steps involving data processing by the user. In addition to making the analysis simpler, smartphones can be very useful as a support tool for health programs in remote parts of the country. The data obtained from the tests can be quickly shared and contribute to strategic actions such as referring patients to the nearest treatment centers.

PHOTO BY GILLES LAMBERT ON UNSPLASH

Além de promover simplicidade à análise, o uso do smartphone pode ser muito útil como ferramenta de auxílio a programas de saúde em regiões remotas do país In addition to making the analysis simpler, smartphones can be very useful as a support tool for health programs in remote parts of the country

FASES DO TESTE É necessária uma etapa de preparo da amostra de sangue antes de ser levada para o dispositivo de diagnóstico. O processo leva cerca de dez minutos, é simples e tem custo estimado em pouco menos de cinquenta reais por amostra. A análise pelo sensor leva menos de cinco minutos e o resultado do diagnóstico é mostrado automaticamente na tela do smartphone. TEST PHASES First, the blood samples must be prepared before being tested by the diagnostic device. The process takes about ten minutes, is simple, and the estimated cost is just under ten Amerian dollars (Mar 2022) per sample. The sensor scan takes less than five minutes and the diagnostic result is automatically displayed on the smartphone screen.

POR DENTRO DO CNPEM

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Representação da estrutura cristalográfica de uma enzima beta-galactosidase. Pesquisadores utilizam estratégias de cristalização e técnicas de difração de raios X, hoje presentes nas linhas do Sirius, para obter os dados e posteriormente visualizar as estruturas em computador. Crystallographic structure of a beta-galactosidase enzyme. Researchers use crystallization strategies and X-ray diffraction techniques that are currently part of the Sirius research lines to obtain data and then visualize these structures via computer

INSPIRADOS PELA NATUREZA, PESQUISADORES DO CNPEM BUSCAM ENTENDER A ORGANIZAÇÃO DE ESTRUTURAS INVISÍVEIS QUE SÃO CAPAZES DE REVOLUCIONAR O MODO COMO O MUNDO PRODUZ. Entender o que não pode ser visto. Lidar com o desconhecido. Decompor conceitos em formas e recompor tais formas em máquinas biológicas. Desvendar o universo latente das enzimas passa por todas essas etapas, e superar seus mistérios exige muita ciência e criatividade. Invisíveis a olho nu, enzimas (em sua maioria proteínas) são conhecidas por serem catalisadoras – moléculas capazes de acelerar reações químicas essenciais ao funcionamento de sistemas orgânicos complexos, como o corpo humano. Mas o corpo é apenas uma pequena amostra da polivalência associada à atuação das enzimas. Elas estão por todos os cantos e são utilizadas em uma infinidade de processos, da produção de vacinas à neutralização da lactose no leite para intolerantes; da obtenção de biocombustíveis ao desenvolvimento de químicos renováveis. Na esfera da produção de bioprodutos, por exemplo, é possível aplicar enzimas a resíduos agroindustriais abundantes, como bagaço de laranja, cana-de-açúcar, palha e outros materiais que até pouco tempo eram tidos como resíduos de baixo valor agregado. Esse processo, conhecido como clivagem, permite obter ácidos, solventes, polímeros e biocombustíveis avançados, sempre a partir de fontes renováveis e a partir de abordagens biológicas. Enzimas são, portanto, ferramentas capazes de substituir por completo reagentes baseados em petróleo, que hoje são aplicados à transformação de moléculas em produtos de alto valor agregado. A mudança de uma matriz petrolífera para a biológica apresenta a mesma eficácia, mas com impacto ambiental drasticamente reduzido. O desafio está em encontrar as enzimas mais adequadas para executar cada uma das aplicações pretendidas. Identificar essas moléculas e aplicá-las às melhores tarefas é um trabalho que mobiliza grandes equipes e instrumentação de

Replicando a força da natureza uma enzima após a outra Replicating the force of nature, one enzyme after another

ponta baseada em luz síncrotron, ferramentas ômicas e bioinformática. Entre 2020 e o primeiro semestre de 2021, pesquisadores do CNPEM identificaram um grupo de enzimas inédito e elucidaram o mecanismo de ação de outra proteína. No estudo publicado em 2020 na Nature Chemical Biology, cientistas revelaram como uma nova família de enzimas aplicava mecanismos e estratégias inovadoras para romper polissacarídeos vegetais e gerar subprodutos de interesse, como prebióticos e biocombustíveis. Em 2021, desta vez na Nature Communications, um novo estudo quebrou paradigmas ao revelar que enzimas ativas sobre hemicelulose são capazes de clivar ligações glicosídicas (fazer a conversão de substratos em produtos) por duas rotas catalíticas, algo até então inesperado. Rota ou itinerário catalítico, no jargão científico, representa as modificações químicas e estruturais que o substrato

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

(polissacarídeos, carboidratos, entre ou-

tridimensional. Outros passos incluem

tros) sofre pela ação da enzima até que seja

modificações em sua organização molecu-

convertido em produto. Esse conjunto de

lar, testes laboratoriais e escalonamento

modificações era considerado único para

em Planta Piloto para verificar a viabilida-

uma dada enzima e seu substrato, mas a

de de aplicação dos processos em ambien-

pesquisa descreveu caminhos capazes de

tes supercríticos, como os industriais.

modificar o entendimento teórico. ENZIMAS TRABALHAM SOZINHAS?

BUSCANDO INSPIRAÇÃO EM

A máxima “várias cabeças pensam me-

TUDO O QUE NOS CERCA Os dois trabalhos têm uma inspiração

lhor do que uma” pode ser extrapolada às

em comum: a natureza. Fungos e bactérias

enzimas. De modo geral, enzimas diferentes

são máquinas de produção de enzimas.

são sinergicamente combinadas para que

Quando um patógeno ataca uma planta,

uma determinada atividade seja realizada.

por exemplo, a violação da barreira física

Por exemplo, a desmontagem de resíduos

acontece por meio de enzimas que desin-

agroindustriais em açúcares fermentescí-

tegram a parede celular vegetal e permi-

veis, que requer um verdadeiro arsenal enzi-

te que o hospedeiro se aloje. Apesar dos

mático constituído por dezenas de enzimas,

efeitos indesejáveis para as plantas, é para

que chamamos de coquetéis enzimáticos.

esse tipo de estratégia que os pesquisado-

“Essas formulações enzimáticas são com-

res estão olhando. “Observamos a nature-

binações complexas que permitem extrair

za e formulamos hipóteses. Se uma enzi-

componentes de resíduos agroindustriais

ma é capaz de quebrar a barreira física de

que são passíveis de serem biotransforma-

plantas, talvez ela consiga fazer o mesmo

dos em produtos de interesse à sociedade”.

com resíduos agroindustriais, acessando

O CNPEM tem experiência com coque-

açúcares aprisionados tornando-os dispo-

téis, sendo que um deles, elaborado para

níveis para fermentação e conversão em

a produção de etanol celulósico (também

produtos”, exemplifica Mario Murakami,

chamado etanol de segunda geração) foi

autor principal dos estudos.

patenteado em 2019 junto ao Instituto

Absorver esse conhecimento e re-

Nacional da Propriedade Industrial (INPI)

produzir em laboratório é outra frente

via Patent Cooperation Treaty (PCT). Desta

importante do Laboratório. O CNPEM

forma, o Centro possui domínio de todas

desenvolve plataformas biológicas (mi-

as etapas que compõem a artilharia enzi-

crorganismos) “engenheirados” por meio

mática: engenharia das plataformas bio-

de modificações genéticas e que podem

lógicas (microrganismos que produzem

ser customizados para produzir enzimas

as enzimas), customização das enzimas e

sob medida, com potencial de aplicação

desenvolvimento dos coquetéis.

em diferentes atividades. “Nosso objetivo

Essas características colocam o Brasil

é simples: emular e aperfeiçoar estraté-

em posição de destaque tanto em termos

gias moleculares encontradas na nature-

científicos quanto tecnológicos. O domínio

za que vem sendo esculpidas por cente-

da cadeia de desenvolvimento e produção

nas de milhões de anos”, esclarece.

de enzimas permite que o País seja com-

No CNPEM, enzimas são submetidas a

petitivo, que a indústria importe menos e,

técnicas de cristalografia com radiação sin-

consequentemente, diminua sua pegada

crotron por meio do Sirius, por exemplo,

de carbono, por poder contar com produ-

para viabilizar a visualização da estrutura

ções locais de enzimas, até mesmo onsite.

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OS ARTIGOS MENCIONADOS NO TEXTO ESTÃO ACESSÍVEIS EM THE ARTICLES MENTIONED IN THE TEXT ARE ACCESSIBLE AT doi.org/10.1038/s41589-020-0554-5 Agências financiadoras: FAPESP e CNPq Funding Agencies: FAPESP and CNPq doi.org/10.1038/s41467-020-20620-3 Agências financiadoras: FAPESP, CNPq, Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN, AEI/FEDER, UE), Spanish Structures of Excellence María de Maeztu e Agency for Management of University and Research Grants (AGAUR). Funding Agencies: FAPESP,

CNPq, Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN, AEI/FEDER, UE), Spanish Structures of Excellence María de Maeztu, and the Agency for Management of University and Research Grants (AGAUR).

INSPIRED BY NATURE, CNPEM RESEARCHERS ARE ATTEMPTING TO UNDERSTAND THE ORGANIZATION OF INVISIBLE STRUCTURES THAT CAN REVOLUTIONIZE GLOBAL MANUFACTURING.

SEEKING INSPIRATION FROM EVERYTHING AROUND US Both projects have a common inspiration: nature. Fungi and bacte-

Understanding what cannot be seen. Dealing with the unknown.

ria are enzyme-producing machines. When a pathogen attacks a plant,

Breaking down concepts into forms and reassembling these forms

for example, the physical barrier is broken by enzymes that disintegrate

into biological machines. Uncovering the latent universe of enzymes

the plant cell wall and allow the host to enter. Despite the undesirable

involves all these stages, and conquering their mysteries requires a

effects on plants, this is the type of strategy researchers are looking at.

lot of science and creativity. Enzymes (which are mostly proteins) are

“We observe nature and formulate hypotheses. If an enzyme can rupture

invisible to the naked eye and known to be catalysts: molecules that

the physical barrier in plants, it may be able to do the same with agro-in-

can accelerate chemical reactions that are essential for the function

dustrial waste, accessing trapped sugars and making them available for

of complex organic systems such as the human body.

fermentation and conversion into products,” says Mario Murakami, sci-

But the body represents only a small sample of enzymatic activities.

entific director of the LNBR and lead author of the studies.

They are everywhere and used in a multitude of processes from vaccine

Absorbing this knowledge and reproducing it in the laboratory is

production to neutralizing lactose in milk for those who cannot tolerate

another important front for the Laboratory. CNPEM develops biologi-

this sugar, from producing biofuels to developing renewable chemicals.

cal platforms (microorganisms) “engineered” via genetic modifications

In bioproduct manufacturing, for example, enzymes can be ap-

that can be customized to produce enzymes made to order, with po-

plied to wastes resulting from agricultural processes in large quanti-

tential applications in different activities. “Our goal is simple: to emu-

ties such as residue from orange juice and sugar production, straw,

late and improve molecular strategies found in nature that have been

and other materials that until recently were considered low-val-

shaped over hundreds of millions of years,” he explains.

ue-added byproducts. This process known as cleavage makes it

In CNPEM, enzymes are subjected to crystallography techniques with syn-

possible to obtain acids, solvents, polymers, and advanced biofuels,

chrotron radiation using Sirius, for example, in order to visualize the three-di-

always using renewable sources and biological approaches.

mensional structure. Other steps include changes in molecular organiza-

Enzymes are consequently tools that can completely replace

tion, laboratory testing, and pilot plant scaling to determine the feasibility

petroleum-based reagents that are currently used to transform

of applying processes in supercritical environments such as manufacturing.

molecules into high value-added products. The shift from an oil matrix to biological matrix is equally effective, but with dramatically less environmental impact. The challenge lies in finding the most appropriate enzymes for each desired application.

DO ENZYMES WORK ALONE? The saying “two heads are better than one” can be extrapolated to enzymes. In general terms, different enzymes are synergistically com-

Identifying these molecules and applying them to the best tasks

bined to carry out a given activity. For example, dismantling agro-in-

mobilizes large teams and state-of-the-art instrumentation based on

dustrial byproducts into fermentable sugars requires a veritable arse-

synchrotron light, atomic tools, and bioinformatics. Between 2020

nal comprising dozens of enzymes, which we call enzymatic cocktails.

and the first half of 2021, CNPEM researchers identified a group of

“These enzyme formulations are complex combinations that make it

hitherto unknown enzymes and clarified the mechanism of action for

possible to extract components of agro-industrial waste that can be

another protein. In the study published in 2020 in Nature Chemical Bi-

biologically transformed into products of interest to society.”

ology, scientists revealed how a new family of enzymes applied inno-

The CNPEM has experience with such cocktails; one was developed

vative mechanisms and strategies to break down plant polysaccha-

to produce cellulosic ethanol (also known as second-generation etha-

rides and generate useful byproducts such as prebiotics and biofuels.

nol) and patented in 2019 by the National Institute of Industrial Prop-

In 2021, this time in Nature Communications, a new study shattered

erty (INPI) via the Patent Cooperation Treaty (PCT). In this way, CNPEM

paradigms with the revelation that enzymes which act on hemicellulose can

controls all the stages involved in producing this enzymatic ordnance:

cleave glycoside connections (converting substrates into products) by two

engineering the biological platforms (microorganisms that produce

catalytic routes, contrary to prior expectations. In scientific terms, a catalyt-

enzymes), customizing the enzymes, and developing the cocktail.

ic route or itinerary represents the chemical and structural changes that a

These characteristics put Brazil in a prominent position in both sci-

substrate (such as polysaccharides and carbohydrates) undergoes due to

entific and technological terms. By owning the enzyme development

the action of the enzyme until it is converted into a product. This set of modi-

and production chain, the country is more competitive, with manufac-

fications was considered unique for a given enzyme and its substrate, but the

turers needing to import less and consequently reducing their carbon

study described pathways that could modify the theoretical understanding.

footprints by using enzymes made locally or even on site.

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

NANOTOXICOLOGIA

NANOTOXICOLOGY

Imagens mostram, da esquerda para a direita, a degradação gradual de gotículas de TCE (em vermelho) pelas nanopartículas de ferro (em verde) com formação de gases (em amarelo). Left to right: gradual degradation of TCE droplets (red) by iron nanoparticles (green) with gas formation (yellow)

Nanotecnologia contra a contaminação ambiental Using nanotechnology against environmental contamination PESQUISA DESVENDA MECANISMOS DE AÇÃO DE NANOPARTÍCULAS

and in automotive paint enamel. Very small amounts

DE FERRO USADAS NA DESCONTAMINAÇÃO DE AQUÍFEROS.

of these pollutants are enough to make water in these

Hidrocarbonetos clorados estão entre os contaminantes mais persistentes em aquíferos em todo o mundo. O problema é característico de regiões indus-

areas unfit for human consumption, since they cause damage to the kidneys and liver as well as cancer.

trializadas, onde essas substâncias foram muito utilizadas, até a década de 1980,

Because they are denser than water, chlorinated

como solventes, desengraxantes, em esmaltes para pintura de automóveis, en-

hydrocarbons sink to less permeable regions, usually

tre outras aplicações. Quantidades muito pequenas destes poluentes são sufi-

the bed of an aquifer. These pollutants stay there in

cientes para tornar essas águas impróprias para consumo humano, por causa-

the pores of the rocks for many years, and are slow-

rem danos aos rins, fígado e, também, câncer.

ly carried away by the water to regions far from the

Por serem mais densos que a água, os hidrocarbonetos clorados afundam uma

source of the contamination.

região menos permeável, geralmente o leito de um aquífero. Ali, nos poros das ro-

A study published in the journal PNAS describes

chas, os poluentes persistem por muitos anos e vão sendo lentamente carregados

work by Nathaly Archilha, more CNPEM researchers

pelas águas, e levados para regiões distantes da origem da contaminação.

and colaborators who investigated the use of nanopar-

Assim, em pesquisa publicada no periódico PNAS, Nathaly Archilha, mais pes-

ticulate iron, a highly reactive chemical element, to de-

quisadores do CNPEM e colaboradores, investigaram a utilização de nanopartí-

grade one of these pollutants, trichloroethylene (TCE).

culas de ferro, elemento químico muito reativo, para a degradação de um desse

Although this degradation effect is already known, the

poluentes, o tricloroetileno (TCE). Apesar deste efeito de degradação já ser co-

group showed for the first time how this reaction occurs

nhecido, o grupo mostrou pela primeira vez como essa reação ocorre em uma

in conditions similar to those in a real aquifer, namely

condição similar à de um aquífero real, ou seja, o que acontece nos poros das

what happens in the pores of the rocks during the inter-

rochas durante a interação entre nanopartículas e contaminantes.

action between the nanoparticles and contaminants.

RESEARCH REVEALS MECHANISMS OF ACTION FOR IRON NANOPARTICLES USED TO DECONTAMINATE AQUIFERS. Chlorinated hydrocarbons are among the most persistent contaminants in aquifers around the world. This problem is typical of industrialized regions, where these substances were widely used until the 1980s in applications such as solvents, degreasers,

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DOI: 10.1073/pnas.1918683117 Agências financiadoras: FAPESP, UK Research and Innovation (UKRI), Teesside University Funding Agencies: FAPESP, UK Research and Innovation (UKRI), Teesside University

CATALISADORES

CATALYSTS

A corrida do ouro Gold Rush PESQUISA INVESTIGA A FORMAÇÃO DO SÍTIO ATIVO EM CATALIZADORES DE OURO. Catalisadores são substâncias que promovem e aceleram reações químicas sem serem consumidos durante o processo. Elas são amplamente empregadas não só em processos produtivos na indústria, como também no controle da emissão de poluentes como, por exemplo, no escapamento dos veículos automotores. Ali, catalisadores são utilizados para reduzir a emissão de gases

Florian Meneau e demais pesquisadores do grupo observaram a dinâmica da deformação em escala nanométrica, e como a deformação leva à formação dos sítios ativos, permitindo a busca por novas formas de controlar as propriedades catalíticas dos nanomateriais. Florian Meneau and the research group observed the dynamics of deformation at the nanometer scale, and how the deformation leads to the formation of active sites, allowing the search for new ways to control the catalytic properties of nanomaterials

tóxicos como o monóxido de carbono. Em catalisadores compostos por nanopartículas de metais de transi-

RESEARCH INVESTIGATES THE FORMATION OF ACTIVE SITES IN GOLD CATALYSTS.

ção, a reação catalítica ocorre apenas

Catalysts are substances that promote and accelerate chemical reactions without

em lugares específicos em sua super-

being consumed in the process. They are widely used not only in industrial manufac-

fície, chamados sítios ativos, que são

turing processes, but also to control pollutant emissions, for example from motor

geralmente localizados em defeitos

vehicle exhaust, where catalytic converters are used to reduce emissions of toxic gases

superficiais, como em regiões de de-

such as carbon monoxide.

formação na distribuição dos átomos que formam a nanopartícula. A compreensão da dinâmica da formação e evolução dos sítios ati-

In catalysts composed of nanoparticles of transition metals, the catalytic reaction occurs only in specific places on the surface known as active sites, which are usually located in superficial defects such as regions of deformation in the distribution of atoms that comprise the nanoparticles.

vos durante a reação é crucial para

Understanding the dynamics of the formation and evolution of active sites during

o desenvolvimento de catalisadores

reactions is crucial to develop economically viable, efficient, and stable catalysts. For

economicamente viáveis, eficientes e

this reason, CNPEM researchers and their collaborators investigated the changes in

estáveis. Por isso, em trabalho publi-

deformation of the atomic network of gold catalysts during the oxidation reaction of

cado no periódico Nature Communi-

carbon monoxide (a reaction similar to that used in vehicle exhaust), in a study pub-

cations, pesquisadores do CNPEM e

lished in Nature Communications.

colaboradores, investigaram a evolu-

They observed the dynamics of nanoscale deformation, and how deformation

ção da deformação da rede atômica

leads to the formation of active sites, enabling the search for new ways to control the

de catalisadores de ouro durante a

catalytic properties of nanomaterials.

reação de oxidação do monóxido de carbono, reação similar à que acontece nos escapamentos.

DOI: 10.1038/s41467 020-18622-2

Agências financiadoras: FAPESP

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Funding Agencies: FAPESP

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

BACTÉRIAS

BACTERIA

Praga da citricultura se revela aliada na produção de biorrenováveis Citrus pest proves to be an ally in the production of biorenewables VILÃ OU HEROÍNA? A bactéria Xanthomonas citri, responsável pelo cancro cítrico, sempre foi conhecida como inimiga da lavoura pelos prejuízos que causa à citricultura. Mas o trabalho liderado pelo CNPEM e publicado na revista Nature Communications, em colaboração com a USP e a Unicamp, revela detalhes valiosos sobre mecanismos de despolimerização de carboidratos vegetais, complexos para o desenvolvimento de novas tecnologias que possam ser aplicadas no aproveitamento de resíduos agroindustriais, contribuindo com uma economia mais sustentável. O estudo evidenciou que os mesmos processos biológicos usados pela bactéria para enfraquecer um dos mais importantes sistemas de defesa das plantas, a parede celular vegetal, podem servir como base para o desenvolvimento de tecnologias enzimáticas que viabilizem o uso de biomassas vegetais como matéria-prima para a produção de biocombustíveis, bioquímicos e biomateriais, servindo de alternativa para a produção de diversos produtos que ainda hoje são obtidos quase que exclusivamente a partir de derivados de petróleo. nho de potenciais inibidores para esse grupo de bactérias O CAMINHO DA DESCOBERTA

tão relevantes para a agricultura brasileira”, explica Mario

Ao longo de cinco anos, foi usada uma vasta gama de recursos científicos disponíveis no ecossistema de pesquisa do CNPEM, como linhas

Murakami, coordenador da pesquisa e diretor científico do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR).

de luz síncrotron, abordagens genômicas, transcriptômicas e de engenharia genética e experimentação in vivo em plantas para conclusão do

PRÓXIMOS PASSOS COM O SIRIUS

trabalho. A pesquisa desvendou uma família até então desconhecida

“No Sirius a pesquisa vai para um novo patamar. Vamos

de enzimas que a bactéria X. citri mobiliza para desconstruir a parede

sair das imagens estáticas, como fotos, para começar a ver e

celular das plantas. Essa nova família de enzimas foi nomeada de CE20,

analisar eventos dinâmicos, como em vídeos dos processos

um acrônimo para Carbohydrate Esterase family 20. Além disso, essa

catalíticos das enzimas descobertas nesse estudo”, exempli-

pesquisa também revelou a importância da despolimerização de um

fica Murakami. A combinação dos resultados obtidos na linha

dos carboidratos mais complexos da parede celular vegetal, o xiloglica-

MANACÁ do Sirius com cálculos quânticos irão fornecer de-

no, para a liberação de açúcares específicos que induzem a produção

talhes atômicos de todas as etapas de uma reação catalítica.

de proteínas que potencializam a infecção.

O CNPEM desenvolve diversos estudos reconhecidos in-

A eficiência do trabalho das enzimas se deve à excepcional capacidade

ternacionalmente pelo impacto no desenvolvimento de pro-

delas em atuar nas ligações químicas e degradar carboidratos comple-

cessos que podem acelerar a produção industrial de biopro-

xos. “Essas descobertas nos fornecem novas alternativas para aumentar

dutos para diversos segmentos econômicos. Bioquímicos e

a capacidade de utilização de biomassa vegetal em biorrefinarias, que

materiais mais sofisticados, com alto desempenho e eficiên-

são muito valiosas do ponto de vista biotecnológico. E ao revelarmos

cia, maior valor agregado e menor impacto ambiental estão

novos componentes da virulência da bactéria, podemos colaborar com o

no foco da busca por alternativas mais sustentáveis aos in-

desenvolvimento de novas estratégias de combate à doença, com dese-

sumos de origem fóssil usados na indústria atualmente.

POR DENTRO DO CNPEM

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VILLAIN OR HERO? The bacterium Xanthomonas citri, responsible for citrus canker, has always been known as the enemy of the crop because of the damage it causes to citrus farming. But the work led by CNPEM and published in the journal Nature Communications, in collaboration with USP and Unicamp, reveals valuable details about the depolymerization mechanisms of complex vegetable carbohydrates, for the development of new technologies that can be applied in the use of agro-industrial residues, contributing for a more sustainable economy. The study showed that the same biological processes used by the bacterium to weaken one of the most important defence systems of plants, the plant cell wall, can serve as the basis for the development of enzymatic technologies, that enable the use of plant biomass as a raw material for the production of biofuels, biochemicals and biomaterials, serving as an alternative for the production of various products that are still obtained almost exclusively from petroleum derivatives today. THE PATH OF DISCOVERY Over five years, a wide range of scientific resources available in CNPEM research ecosystem was used, such as synchrotron beamlines, genomics, transcriptomics and genetic engineering approaches and in vivo experiments in plants to complete the work. The research uncovered a hitherto unknown family of enzymes that the bacterium X. citri mobilizes to deconstruct the cell wall of plants. This new family of enzymes was named CE20, an acronym for Carbohydrate Esterase Family 20. In addition, this research also revealed the importance of depolymerization of one of the most complex carbohydrates in the plant cell wall, xyloglycan, for the release of specific sugars that induce the production of proteins that potentiate the infection.

Estudo com a bactéria Xanthomonas revelou nova classe de enzimas valiosas para tecnologias de aproveitamento de resíduos agroindustriais. A study with the bacterium Xanthomonas revealed a new class of valuable enzymes for technologies for the use of agroindustrial residues.

The efficiency of the work of enzymes is due to their exceptional ability to act on chemical bonds and degrade complex carbohydrates. “These discoveries provide us with new alternatives to increase the capacity to use plant biomass in biorefineries, which are very valuable from a biotechnological point of view. And by revealing new components of the virulence of the bacterium, we can collaborate with the development of new strategies to combat the disease, with the design of potential inhibitors for this group of bacteria so relevant to Brazilian agriculture”, explains Mario Murakami, research coordinator and scientific director of the Brazilian Biorenewables National Laboratory (LNBR). NEXT STEPS WITH SIRIUS “On Sirius, research goes to a new level. Let's move beyond static images, such as photos, to start seeing and analyzing dynamic events, as in videos of the catalytic processes of the enzymes discovered in this study”, exemplifies Murakami. Combining the results obtained from the MANACÁ beamline from Sirius with quantum calculations will provide atomic details of all steps of a catalytic reaction. CNPEM has developed several studies that have been internationally recognized for their impact on the development of processes that can accelerate the industrial production of bioproducts for various economic segments. More so-

DOI: 10.1038/s41467-021-24277-4 Agências financiadoras: FAPESP e CNPq Funding Agencies: FAPESP e CNPq

phisticated biochemicals and materials, with high performance and efficiency, greater added value and less environmental impact are the focus of the search for more sustainable alternatives to fossil-based inputs used in the industry today.

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POR DENTRO DO CNPEM

DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

INFRAVERMELHO

INFRARED

RESEARCH INVESTIGATES CONFINING LONG

Prendendo a luz em nanofios Capturing light in nanobelts

INFRARED WAVES IN TIN OXIDE NANOBELTS. Long infrared is low-energy, non-destructive radiation suitable for applications in biological materials. It also penetrates materials to a high degree, which makes it useful in non-invasive inspection of goods and people.

PESQUISA INVESTIGA CONFINAMENTO DE ONDAS LONGAS DE INFRAVERMELHO EM FITAS NANOMÉTRICAS DE ÓXIDO DE ESTANHO.

Infrared nanophotonics has investigated new materials (such as graphene) to explore

O infravermelho longo é uma radiação de baixa energia e não-destrutiva, apro-

their properties and use in this energy range.

priada para aplicações em materiais biológicos. Essa radiação também possui ele-

Within this context, nanostructured semicon-

vada penetração nos materiais permitindo seu uso na inspeção não-invasiva de

ductor oxides have gained relevance given the

mercadorias e pessoas.

variety of forms in which they can be synthe-

A nanofotônica de infravermelho tem se dedicado a estudar novos materiais, como

sized, which include nanoparticles (0D), nano-

o grafeno, a fim de explorar suas propriedades e uso nessa faixa de energia. Neste

belts (1D), nanosheets (2D), and nanocubes (3D).

contexto, óxidos semicondutores nanoestruturados têm ganhado relevância dada à

Researchers from CNPEM and collaborators

variedade de formas em que eles podem ser sintetizados: nanopartículas (0D), nano-

from Brazil and abroad studied the confinement of

fios (1D), nanofolhas (2D), nanocubos (3D), entre outras.

long infrared waves in tin oxide (SnO‑2) nanobelts

Nesse sentido, pesquisadores do CNPEM e colaboradores do Brasil e do exterior estuda-

in a study published in Nature Communications.

ram o confinamento de ondas longas de infravermelho em nanofitas de óxido de estanho

Ingrid Barcelos and the group found that SnO-2 na-

(SnO2) em trabalho publicado no periódico Nature Communications. De acordo com Ingrid

nobelts offer an excellent nanophotonic platform to

Barcelos, as nanofitas de SnO2 são uma excelente plataforma nanofotônica para o confina-

confine long infrared waves, and are naturally op-

mento de ondas longas de infravermelho e são naturalmente otimizadas para aplicações

timized for applications in components and circuits

em componentes e circuitos para novas redes de informação baseados em tráfego de luz.

for new information networks based on light traffic.

A nanofotônica de infravermelho tem se dedicado a estudar novos materiais, como o grafeno, a fim de explorar suas propriedades e uso nessa faixa de energia. Infrared nanophotonics has been dedicated to studying new materials, such as graphene, in order to explore their properties and use in this energy range

DOI: 10.1038/s41467021-22209-w Agências financiadoras: INCT/ Nanocarbono, CNPq, FAPESP, FAPEMIG, BMBF Funding Agencies: FAPESP, INCT/ Nanocarbon, CNPq, FAPESP, FAPEMIG, BMBF

POR DENTRO DO CNPEM

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PUBLICAÇÕES DE USUÁRIOS | USER PUBLICATIONS Apesar de serem anos com pouca circulação presencial no CNPEM para uso das instalações abertas, em 2020 e 2021, pesquisadores deram andamento à suas pesquisas e colaborações. Artigos que tiveram dados coletados nas instalações abertas dos quatro Laboratórios Nacionais foram publicados em períódicos nos dois hemisférios, e contribuíram para a produção científica mundial em diversas áreas do conhecimento. Alguns destaques dos últimos dois anos podem ser conhecidos a seguir.

MICROSCOPIA

en Although there has been little in-person movement at the CNPEM to use the open facilities over the past two years, researchers have continued their research and collaborations. Articles involving data collected at the open facilities in the four national laboratories were published in periodicals in the northern and southern hemispheres, and contributed to global scientific production in various knowledge areas. Below are some highlights from 2020 and 2021:

MICROSCOPY

PHOTO BY CHUN KIT SOO ON UNSPLASH

Visualização do desgaste em processo de soldagem Visualizing wear in the welding process Pesquisadores da USP, Unicamp, UNESP, SENAI, CNPEM, Instituto Nacional de Tecnología, PETROBRAS e The Ohio State University, utilizaram a microscopia eletrônica do LNNano na pesquisa que originou o artigo The study of volumetric wearing of PCBN/W-Re composite tool during friction stir processing of pipeline steels (X70) plates, publicado em 2021 pelo International Journal of Advanced Manufacturing Technology e financiado pela Petrobras.

de solda foram medidos e relacionados ao processo de desgaste.

"A soldagem por fricção é uma técnica de união/processamento em estado sólido que oferece alta resistência e produtividade, resultando em uma microestrutura semelhante aos ciclos de trabalho a quente." (trecho extraído do resumo do artigo) "Friction stir welding is a solid-state joining/ processing technique that offers high strength and productivity, resulting in a microstructure similar to hot working cycles" (extract from the paper)

O estudo analisou a técnica de soldagem por atrito em aço em condições controladas. O desgaste produzido nesse processo foi observado através da perfilometria e da microscopia óptica, para quantificar a perda de volume na ferramenta de soldagem devido ao número de entradas na junta e à distância soldada. Torque e força transversal na ferramenta de soldagem e a largura do cordão

Researchers from USP, Unicamp, UNESP, SENAI, the CNPEM, the

cess was observed via profilometry and light microscopy to

National Institute of Technology, Petrobras, and The Ohio State Uni-

quantify the loss of volume in the welding tool resulting from

versity used LNNano's electronic microscopy equipment for research

the number of plunges and the welded distance. Torque and

that led to an article entitled "The study of volumetric wearing of PCB-

transverse force on the welding tool and the width of the

N/W-Re composite tool during friction stir processing of pipeline steels

weld bead were measured and related to the wear process.

(X70) plates," which was published in 2021 in the International Journal of Advanced Manufacturing Technology, and funded by Petrobras. The study analyzed the friction stir welding technique for steel, under controlled conditions. The wearing that occurs during this pro-

DOI: 10.1007/ s00170-02106932-8

Agências financiadoras: Petrobras

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Funding Agencies: Petrobras

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

Cerca de duas semanas após o desastre, os resíduos de ferro alcançaram as águas do Oceano Atlântico. Approximately two weeks after the disaster, iron waste reached the waters of the Atlantic Ocean.

CRÉDITOS/CREDIT: NASA

MEIO AMBIENTE

THE ENVIRONMENT

Duradouras consequências do desastre de Mariana PESQUISA ANALISA A CONTAMINAÇÃO DA FOZ DO RIO DOCE PELOS REJEITOS DA BARRAGEM DE FUNDÃO.

Lasting consequences of the Mariana disaster

marinho, sejam naturais ou de outra origem antropogênica. Em publicação no periódico Chemosphere, pesquisadores

O rompimento da barragem de Fundão, no município de

da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) e colabora-

Mariana, em Minas Gerais, ocorrido em 5 de novembro de

dores investigaram, com o uso da fonte de luz síncrotron UVX

2015, é considerado o maior desastre ambiental da indústria

do CNPEM, os metais presentes nos rejeitos da barragem de

de mineração brasileira. O vazamento dos mais de 40 milhões

Fundão e no sedimento marinho adjacente à foz do Rio Doce

de metros cúbicos de rejeitos de minério de ferro causou a

tanto antes como depois do acidente. O grupo verificou que os

morte de 19 pessoas e a destruição total ou parcial de vilare-

metais introduzidos no solo oceânico pelos rejeitos ainda não

jos, além do incalculável dano ambiental. Após sua propaga-

haviam retornado aos valores anteriores ao desastre, e que

ção pela bacia do Rio Doce, parte dos rejeitos alcançou a foz

ainda não é possível prever por quanto tempo os rejeitos vão

do Rio Doce, no município de Linhares, no Espírito Santo, e a

persistir no ambiente marinho.

região marinha adjacente no Oceano Atlântico.

A composição dos rejeitos de mineração depende das rochas

RESEARCH ANALYZES CONTAMINATION AT THE MOUTH OF

processadas e das substâncias químicas utilizadas na extração

THE DOCE RIVER FROM TAILINGS FROM THE FUNDÃO DAM.

do minério de ferro, da eficiência do processo e da degradação

The Fundão dam breach in the town of Mariana, Minas Gerais on

dos rejeitos durante armazenamento na barragem. Ela funciona

November 5, 2015 is considered the largest environmental disaster in

como uma impressão digital, permitindo distinguir os materiais

Brazilian mining industry. The resulting flood of over 40 million cubic

originados na barragem de outros já presentes no sedimento

meters of iron ore tailings caused the death of 19 people, total and

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partial destruction of villages, as well as untold environmental damage. After the tailings swept through the Doce River basin, some reached the mouth of the Doce in Linhares, Espíri-

METABOLISMO METABOLISM

Exerc cio sem dieta funciona? Does exercise without dieting work?

to Santo, and the adjacent region in the Atlantic Ocean.

O treinamento físico e a alimentação

Physical training and healthy eating

The composition of mining

saudável são as principais estratégias não

are the main non-pharmacological strat-

waste depends on the rocks

farmacológicas para o tratamento de condi-

egies for treating chronic conditions such

processed, chemicals used to

ções crônicas, como obesidade e resistência

as obesity and insulin resistance in ado-

extract the iron ore, efficiency

à insulina (RI), em adolescentes. No entanto,

lescents. But isolated metabolic changes

of the process, and breakdown

as alterações metabólicas isoladas causa-

resulting from physical training without

of the tailings during storage

das pelo treinamento físico sem intervenção

dietary interventions have not yet been

in the dam. This composition

dietética ainda não foram estabelecidas.

established. Researchers from Unicamp,

serves as a fingerprint to dif-

Pesquisadores da Unicamp, em colaboração

in collaboration with the State University

ferentiate between material

com a Universidade Estadual de Maringá e

of Maringá and the Federal University of

that came from the dam and

Universidade Federal do Paraná, financiados

Paraná and with funding from CAPES and

other materials that were al-

pela CAPES e CNPq publicaram em outubro

CNPq, published an article in Scientific

ready present in the marine

de 2020, na Scientific Reports o artigo Altered

Reports in October 2020 entitled "Altered

sediment, whether natural or

metabolomic profiling of overweight and obese

metabolomic profiling of overweight

of other anthropogenic origin.

adolescents after combined training is asso-

and obese adolescents after combined

In an article published in

ciated with reduced insulin resistance, em que

training is associated with reduced in-

Chemosphere,

analisaram as características metabólicas de

sulin resistance," in which they analyzed

researchers from the Federal

37 adolescentes com sobrepeso e obesida-

the metabolic characteristics of 37 over-

University of Espírito Santo

de após 12 semanas de treinamento, sem a

weight and obese adolescents after they

(UFES) and their collabora-

realização de dietas específicas. Os pesquisa-

completed 12 weeks of physical training

tors used CNPEM's UVX syn-

dores utilizaram a instalação de Ressonância

without consuming specific diets. The re-

chrotron light source to study

Magnética Nuclear do LNBio para obtenção

searchers used LNBio's nuclear magnet-

the metals present in tailings

de dados, e observaram efeitos positivos dos

ic resonance facility to obtain data, and

from the Fundão dam and in

treinamentos no perfil metabolômico (com-

observed positive effects from training on

the marine sediment adjacent

ponentes dos fluidos biológicos), composição

the metabolomic profile, body composi-

to the mouth of the Doce River

corporal, marcadores bioquímicos e metabo-

tion, biochemical markers, and glucose

before and after the accident.

lismo da glicose dos adolescentes.

metabolism of the study participants.

the

journal

The group found that the metals introduced into the ocean

Para o estudo, 37 adolescentes foram acompanhados por 12 semanas. 37 teenagers participated on the study por 12 weeks

floor from the tailings had not yet returned to pre-disaster levels, and that it is not yet possible to predict how long the tailings will persist in the marine environment. DOI: 10.1016/j. chemosphere.2020.127184 Agências financiadoras: CAPES, FAPES Funding Agencies: CAPES, FAPES

PHOTO BY TIM MOSSHOLDER ON UNSPLASH

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DOI: 10.1038/s41598020-73943-y Agências financiadoras: CNPq e CAPES Funding Agencies: CNPq and CAPES

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DESTAQUES CIENTÍFICOS | SCIENTIFIC HIGHLIGHTS

FUNGOS

FUNGUS

Mecanismos de produção e autoproteção de uma toxina num fungo causador de doenças em seres humanos

Textura de mofo de Aspergillus fumigatus em pão de forma. Aspergillus fumigatus mildew texture on bread. LariBat

Mechanisms of fungal propagation O artigo The Aspergillus fumigatus transcription factor RglT is important for gliotoxin biosynthesis and self-protection, and virulence, publicado em julho de 2020 pela PLOS Pathogens originou-se de uma cooperação de pesquisadores do Brasil, China, Estados Unidos, Inglaterra e Irlanda, respectivamente das instituições USP, Instituto Butantan, Unifesp, University of Macau, Vanderbilt University, University of Manchester e Maynooth University. O trabalho elucida importantes mecanismos do fungo Aspergillus fumigatus, um patógeno oportunista, causador de diversas doenças em mamíferos, que secreta uma micotoxina (tóxica do fungo) imunomoduladora e imunossupressora chamada gliotoxina, importante para sua função de virulência. Os pesquisadores utilizaram a instala-

ção de Sequenciamento de DNA do LNBR,

ao estresse oxidativo. Os pesquisadores

e descobriram que um fator de transcrição,

observaram esse mecanismo também em

denominado RglT é essencial para a bios-

fungos não patógenos, concluindo que a

síntese e autoproteção da gliotoxina, pro-

autoproteção de micotoxinas em espécies

cesso que ocorre principalmente através

fúngicas patogênicas e não patogênicas é

da regulação direta de um gene. Sem esse

importante para a virulência e sobrevivên-

gene, o fungo torna-se altamente sensível

cia dos fungos estudados.

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IMAGEM DE/IMAGE BY LARIBAT

The article "The Aspergillus fumigatus transcription factor RglT is important for gliotoxin biosynthesis and self-protection, and virulence," published in July 2020 in PLOS Pathogens, was the fruit of cooperation by researchers from Brazil, China, the United States, England, and Ireland, from USP, the Butantan Institute, UNIFESP, the University of Macau, Vanderbilt University, the University of Manchester, and Maynooth University, respectively. The study defined important mechanisms of the fungus Aspergillus fumigatus, an opportunistic pathogen that causes several mammalian diseases and secretes an immunomodulatory and immunosuppressive mycotoxin (a fungal toxin) that is significant for its virulence. The researchers used the LNBR's DNA sequencing facility and found that a transcription factor known as RglT is essential as the fungus protects itself and synthesizes gliotoxin, a process that mainly occurs via direct regulation of one gene; without this gene, the fungus becomes highly sensitive to oxidative stress. The researchers also observed this

mechanism

non-pathogenic

fungi, and concluded that self-protection via mycotoxins in pathogenic and non-pathogenic fungal species is important to their virulence and survival.

O TRABALHO ELUCIDA MECANISMOS DE FUNGO CAUSADOR DE DIVERSAS DOENÇAS EM MAMÍFEROS

DOI: 10.1371/journal.ppat.1008645 Agências financiadoras: FAPESP, CNPq, CAPES, National Science Foundation, Vanderbilt University, James H. Gilliam Fellowships for Advanced Study program, Wellcome Trust, University of Macau, Institute of Translational Medicine and Faculty of Health Sciences internal funds Funding Agencies: FAPESP, CNPq,

CAPES, the National Science Foundation, Vanderbilt University, James H. Gilliam Fellowships for Advanced Study program, the Wellcome Trust, University of Macau, Institute of Translational Medicine and Faculty of Health Sciences internal funds.

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POR DENTRO DO CNPEM

EDUCAÇÃO | EDUCATION

Na Ilum, os estudantes são imersos no ambiente de pesquisa do CNPEM desde o primeiro semestre do curso At Ilum, students are immersed in the CNPEM research environment since the first semester of the course

ILUM, UMA ESCOLA PIONEIRA PARA FORMAR UMA NOVA GERAÇÃO DE CIENTISTAS

ILUM, A PIONEERING SCHOOL TO TRAIN A NEW GENERATION OF SCIENTISTS 56

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Curso de graduação gratuito nasce com proposta pedagógica inovadora, infraestrutura de ponta e vivência, desde o início, no ambiente científico do CNPEM

ma escola de graduação inovadora para formar futuros cientistas engajados na solução de problemas interdisciplinares, com uma visão humanística, colaborativa e ética. Um curso com sólida formação teórica em matemática e ciência de dados, desenvolvimento de projetos e experimentações, e vivência da ciência desde o início. Assim é a Ilum Escola de Ciência, projeto na área de educação, reconhecido pelo MEC em 2021, com início das aulas em março de 2022. Concebida nos últimos seis anos em diálogos e debates entre pesquisadores do CNPEM, membros da comunidade científica e educadores, a escola tem o objetivo de encurtar o caminho entre a graduação, a produção científica e a atividade de pesquisa. A Ilum proporciona aos seus alunos e alunas um ambiente em que sejam estimulados, de forma precoce, a pensar a ciência como um todo, considerando um cenário em que as grandes questões e desafios da atualidade são cada vez mais temáticos, envolvendo os mais diversos campos científicos de forma interdisciplinar. Ao final dos três anos do curso, discentes estarão preparados/as para seguir na carreira nas fronteiras do conhecimento, como cientistas, pesquisadores acadêmicos/as, na docência, em grandes laboratórios nacionais ou internacionais, como especialistas em ciências de dados, aprendizado de máquinas ou em seus próprios negócios, com a criação de startups.

IMERSÃO NA CIÊNCIA

Um aspecto que torna a escola do CNPEM única é que, desde o primeiro semestre, os/as alunos/as estarão envolvidos na resolução de problemas, com o desenvolvimento de projetos e experimentação nos laboratórios avançados da escola e com a imersão gradual no

This free undergraduate course starts from an innovative educational plan, state-ofthe-art infrastructure, and experience in CNPEM's scientific environment from day one

An innovative undergraduate school to train future scientists engaged in interdisciplinary problem solving with a humanist, collaborative, and ethical vision based on solid theoretical training in mathematics and data science, and experimentation, with science from the very start: this is Ilum School of Science, an educational project launched in 2021 by the Brazilian Ministry of Education, with the first classes beginning on March, 2022. Conceived over the past six years in dialogs and discussions among CNPEM's researchers, members of the scientific community, and educators, the school aims to shorten the path between graduation, scientific production and research activity. Ilum provides its students with an environment where they are encouraged from early days to think of science as a whole, considering a scenario in which today’s great questions and challenges are increasingly thematic and involve a variety of scientific fields in an interdisciplinary manner. At the end of the three-year course, graduates will be prepared to pursue careers on the frontiers of knowledge as scientists, academic researchers, in teaching, or in large domestic or international laboratories as specialists in data science or machine learning, or in their own businesses created through startups. en

IMMERSION IN SCIENCE One aspect that makes CNPEM's school unique is that students will be involved in problem solving from their first academic term as they carry out projects and experiments in the school's advanced laboratories, with gradual immersion in the Center's environment of research and technological innovation where they can have direct contact with researchers, follow their work, and use

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ESTUDANTES PODERÃO SEGUIR NA CARREIRA COMO CIENTISTAS, DOCENTES, PESQUISADORES, EM GRANDES LABORATÓRIOS OU EM SEUS PRÓPRIOS NEGÓCIOS Students will be able to follow their career as scientists, teachers, researchers, in large laboratories or in their own businesses

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EDUCAÇÃO | EDUCATION

Primeira turma de estudantes da Ilum, reunida na sala de aula para a aula inaugural, em Março de 2022 First class of Ilum students, gathered in the classroom for the inaugural class, in March 2022

MORADIA, ALIMENTAÇÃO E TRANSPORTE CUSTEADOS PELA ESCOLA Housing, food and transport costed by the school

POR DENTRO DO CNPEM

ambiente de pesquisa e inovação tecnológica do CNPEM, onde poderão ter contato direto com pesquisadores, acompanhar seus trabalhos e usar os equipamentos de ponta de um Centro de pesquisa único no País. O curso de Bacharelado em Ciência e Tecnologia é gratuito, com aulas em período integral, e a proposta é receber estudantes de todo o Brasil com vocação genuína para a ciência, abrindo caminho para que possam desenvolver plenamente a capacidade de buscar soluções a partir de ideias próprias e inovadoras.

PROTAGONISMO E INCLUSÃO

Para isso, coloca em prática um modelo inovador e pioneiro no Brasil no ensino de ciência, em que discentes tornam-se protagonistas e participam ativamente do processo de aprendizado, com um diálogo constante entre professor-aluno e aluno-aluno, aprendendo desde cedo a entender como usar as diferentes disciplinas para resolver problemas.. Além de uma forte base em matemática e ciência da computação, biologia, química e física, os/ as alunos/as também terão aulas na área de humanidades para uma formação completa. Além do caráter inclusivo da Ilum, ou-

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state-of-the-art equipment in the country's largest research infrastructure. The Bachelor's Course in Science and Technology is free, with full-time classes, and the plan is to receive students from all over Brazil, who have a genuine vocation for science and pave the way for them to fully develop the capacity to seek solutions from their own innovative ideas. AN ACTIVE ROLE AND INCLUSION To do so, an innovative and pioneering model in Brazilian science teaching is being implemented, in which students become protagonists and actively participate in the learning process, with constant dialog between teachers and students and among the students themselves as they learn understand how to use the different subjects to solve problems from the beginning. In addition to a strong base in mathematics and computer science, biology, chemistry, and physics, the students will also receive instruction in the humanities for a complete education. In addition to the inclusive character of Ilum, another differential of the school is perceived in the teaching team, formed

tro diferencial da escola é percebido na equipe de docentes, formada por pesquisadores seniores e jovens cientistas que se destacam em seus campos de atuação. Sem fins lucrativos, a Ilum tem financiamento do Ministério da Educação (MEC) e do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), oferecendo uma série de benefícios para que todos os/as alunos/as, mesmo das regiões mais distantes do país e com diferentes condições socioeconômicas, possam se dedicar integralmente ao curso, avaliado como de excelência pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (Inep), com a nota máxima, 5. Todas as pessoas aprovadas têm moradia, alimentação e transporte custeados pela escola, e um computador pessoal para uso durante os três anos de formação. Pelo menos metade das vagas é reservada a estudantes vindos da escola pública.

by senior researchers and young scientists who stand out in their fields of activity. As a non-profit, Ilum receives funding from the Brazilian Ministry of Education (MEC), Brazilian Ministry of Science, Technology and Innovation (MCTI) and offers a number of benefits so that all students, even those from far-flung regions of the country and various socioeconomic classes, can fully dedicate themselves to the course, which received the highest grade possible (5) on its evaluation by the Anísio Teixeira National Institute of Studies and Educational Research (INEP), a sign of excellence. Housing, meals, and transportation for all admitted students will be funded by the school, and they will also receive a personal computer to use during the three years of their course. At least half of the slots are reserved for students graduating from public high schools.

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Os/as alunos/as estarão envolvidos na resolução de problemas, com o desenvolvimento de projetos e experimentações nos laboratórios avançados da Ilum. Students will be involved in solving problems, with the development of projects and experimentation in Ilum's advanced laboratories.

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EDUCAÇÃO | EDUCATION

POR QUE UMA ESCOLA INOVADORA? WHY AN INNOVATIVE SCHOOL? POR/BY ADALBERTO FAZZIO

Diretor da Ilum Escola de Ciência Director of Ilum School of Science

Os alunos egressos podem seguir uma carreira acadêmica ou tornarem-se especialistas nas áreas de Ciência de Dados, Saúde, Inteligência Artificial entre outras, atuando em laboratórios de empresas públicas ou privadas. Graduate students can pursue an academic career or become experts in Data Science, Health, Artificial Intelligence, among others, working in laboratories of public or private companies.

ADALBERTO FAZZIO

m síntese, buscamos formar jovens como artífices do futuro e criadores de impactos econômicos e sociais; o instrumento para atingir esse objetivo é a criatividade adquirida por meio da pesquisa de fronteira, ferramenta essencial para criar líderes capazes de avan-

Adalberto Fazzio é membro da Academia Brasileira de Ciências (ABC), foi Reitor da Universidade Federal do ABC, Diretor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo - USP e Diretor do Laboratório Nacional de Nanotecnologia/CNPEM. Também foi Subsecretário de Desenvolvimento Tecnológico e Inovação do MCTI e de suas Unidades de Pesquisa. É Bacharel e Mestre em Física pela Universidade de Brasília/ UnB e Doutor em Física pela Universidade de São Paulo/USP. Sua área de atuação sempre esteve voltada para a Física da Matéria Condensada, dirigida, primordialmente, no entendimento de propriedades estruturais, magnéticas e de transporte em materiais. Atualmente, trabalha em propriedades de nanomate-

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çar no conhecimento científico, de sugerir soluções inovadoras para problemas produtivos e de coordenar novos grupos e instituições. A Ilum Escola de Ciência é também uma Escola inovadora, pela formação precoce do pesquisador (o curso tem duração de três anos), e por oferecer benefícios sociais (transporte, alimentação e moradia) a todos os estudantes. Destacamos três eixos que norteiam a ilum: (i) uma mudança pedagógico-curricular, no que diz respeito à escolha de cursos e disciplinas a serem ministradas, tendo em vista o imenso estoque de conhecimentos hoje disponível, o tempo limitado de formação e o requisito de preparar um profissional capaz de se inserir na complexidade do mundo contemporâneo; (ii) uma evolução no aspecto didático, isto é, na forma de transmissão e absorção do conhecimento. Para tal, dá-se uma nova ênfase aos processos de comunicação entre professores e alunos; ao aprendizado em grupo por meio da realização de projetos e à avaliação rápida para testar se os conhecimentos foram assimilados na forma correta; (iii) uma prática de integração permanente entre ensino, pesquisa e extensão, incentivando o desenvolvimento ao máximo da "transcrição" da pesquisa em impactos para a sociedade. Esse eixo será beneficiado, no caso da Ilum, pelas possibilidades que seus alunos têm de se envolver em linhas de pesquisa do CNPEM. Dessa forma, teremos uma aprendizagem interdisciplinar dos conteúdos das Ciências da Vida, Ciências da Matéria, Linguagens Matemática e Computacional, e Humanidades, com a expectativa e segurança de que o aluno terá as ferramentas para desenvolver sua capacidade de resolver problemas reais e complexos.

In summary, we seek to train young people as artisans of the future and creators of economic and social impacts. The instrument to achieve this objective is the creativity acquired through frontier research, essential for creating leaders capable of advancing scientific knowledge, suggesting innovative solutions and coordinating new groups and institutions. Ilum School of Science is also innovative due to the early training of the researcher (the course lasts three years) and for offering social benefits (transport, food and housing) to all students. We highlight three axes that guide Ilum: (i) a pedagogical-curricular change concerning the choice of courses and subjects to be taught; the immense stock of knowledge available today; the limited training time; and the requirement to prepare a professional capable of inserting himself in the complexity of the contemporary world; (ii) Evolution in the didactic aspect, that is, in the form of transmission and absorption of knowledge. To this end, a new emphasis is given to the communication processes between teachers and students; group learning through projects and rapid assessment to test whether knowledge has been assimilated in the right way; (iii) A practice of permanent integration between teaching, research and extension, encouraging the development of the "transcription" of research into impacts on society. This axis will benefit from the possibilities that Ilum's students will have getting involved in CNPEM's research. In this way, we will have interdisciplinary learning of the contents of Life Sciences, Material Sciences, Mathematical and Computational Languages, and Humanities, with the expectation and security that the student will have the tools to develop their ability to solve real and complex problems. en

riais e isolantes topológicos. Com mais de trezentas publicações

Fazzio holds a Bachelor's and Master's degree in Physics

em revistas especializadas (10237 citações, Google; fator de im-

from the University of Brasília/UnB and a PhD in Physics from

pacto h = 56, Google), tem contribuído com importantes traba-

the University of São Paulo/USP.

lhos no entendimento no campo da ciência de materiais, e uma

His area of expertise is condensed matter physics, primari-

participação bastante ativa na orientação de mestres e doutores.

ly aiming at understanding structural, magnetic and transport properties in materials. Adalberto currently works on the prop-

Adalberto Fazzio is a member of the Brazilian Academy of Sciences

erties of nanomaterials and topological insulators.

(ABC), was Dean of the Federal University of ABC, Director of the

With more than three hundred publications in specialized

Physics Institute of the University of São Paulo - USP and Director

journals (10237 citations, Google; impact factor h = 56, Google),

of the Brazilian Nanotechnology National Laboratory/ LNNano

Fazzio has contributed with relevant works in the understand-

- CNPEM. He was also Undersecretary for Technological Develop-

ing of materials science and has active participation in the su-

ment and Innovation at the MCTI and its research units.

pervision of masters and doctors.

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POR DENTRO DO CNPEM

EDUCAÇÃO | EDUCATION

PERFIL GERAL DE MATRICULADOS ENROLLED STUDENTS PROFILE

40 40

estudantes matriculados para

40 VAGAS

enrolled for

students

40 CHAIRS MARCOS PIMENTEL

19 WOMEN

21 MEN

HOMENS

MULHERES

Curitiba, PR

“O que faz da Ilum uma escola diferente é o ensino voltado para a solução de problemas e integrado com a prática desde o início.

5 DO ESTADO DE MINAS GERAIS

Minha expectativa com o curso é que ele me permita estar

desde o começo conectado com o mundo da pesquisa e que

DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FROM RIO DE JANEIRO STATE

FROM MINAS GERAIS STATE

25 DO ESTADO DE SÃO PAULO

OUTROS ESTADOS REPRESENTADOS MORE STATES REPRESENTED

FROM SÃO PAULO STATE

CE, DF, GO, MS, MT, PA, RS e SC

assim eu possa aprender muito sobre a produção científica. Também busco abrir meus horizontes, já que passei o último ano estudando muita Física e Matemática, e agora tenho a oportunidade de conhecer mais sobre outras áreas. Mesmo assim, meus maiores interesses são em Física e meu objetivo é trabalhar com isso depois de me formar.”

ESCOLA PÚBLICA 50% DE FROM PUBLIC SCHOLS Dos 20 alunos advindos de escola pública From the 20 students from public schools

DE ESCOLAS TÉCNICAS FROM TECHNICAL SCHOOLS

DE ESCOLAS PÚBLICAS REGULARES FROM REGULAR

"What makes Ilum a different school is its problem-solving teaching integrated with practice from the start. My expectation with the course is that it will connect me with the world of research from the beginning so I can learn a lot about scientific production. I also try to broaden my horizons. I spent the last year studying a lot of Physics and Mathematics, and now I have the opportunity to learn more about other areas. My main interests are in Physics, and my goal is to work with that after I graduate.”

CONHEÇA ALGUNS ALUNOS DA PRIMEIRA TURMA ILUM MEET A FEW STUDENTES FROM THE FIRST CLASS OF ILUM 62

POR DENTRO DO CNPEM

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ISABELA BENETI

SARAH FREIRE

Presidente Prudente, SP

Fortaleza, CE

“Desde o ensino fundamental, eu me destacava na escola

“Minha mãe costuma dizer que “especialidade é para ve-

por ser uma aluna curiosa a respeito das mais diversas

lho”, por isso me motivei desde cedo a explorar diferentes

disciplinas, sobretudo dos conteúdos relacionados a ciên-

áreas e a ter a interdisciplinaridade como um dos pilares

cias da natureza. Isso acabou se tornando um grande pro-

da minha trajetória, conquistando medalhas de ouro em

blema no ensino médio, em que tive que determinar qual

olimpíadas de Robótica, Matemática, Astronomia, além de

seria o meu curso de graduação, isto é, quais disciplinas

outras premiações em Química e Informática, e 3 convo-

eu escolheria para seguir a minha carreira. Foi então que

cações para as seletivas internacionais de Astronomia e

fiquei sabendo, através do meu professor de matemática,

Astronáutica, tudo isso fazendo também cursos de piano,

da proposta da "Ilum: escola de ciências", que prometia

teatro, balé, inglês, francês e alemão.

não só uma formação interdisciplinar, como também uma

Ao descobrir a ILUM me encantei. Estou muito entusias-

imersão total no CNPEM e 100% de apoio ao estudante

mada por fazer parte de uma instituição que alia o ensino da

(incluindo moradia, alimentação, transporte e notebook).

ciência e a imersão em pesquisa e inovação em um centro

Tal proposta era diferente de qualquer curso tradicional

de ponta (CNPEM), sem perder as humanidades e a huma-

que eu já havia considerado, e não tive escolha a não ser

nização de vista, proposta pouquíssimo comum no Brasil.”

tê-la como primeira opção.” “My mother used to say that “speciality is for old people”, so I “Since elementary school, I stood out at school for being a

was motivated from an early age to explore different areas and

curious student about the most diverse subjects, especially

to have interdisciplinarity as one of the pillars of my trajecto-

content related to natural sciences. This turned out to be a

ry, winning gold medals in Robotics, Mathematics, Astronomy

big problem in high school, where I had to determine what my

Olympiads, in addition to other awards in Chemistry and Infor-

degree course would be, that is, what subjects I would choose

matics, and 3 calls for the international selections of Astrono-

to pursue in my career. It was then that I learned, through

my and Astronautics, all of this also taking courses in piano,

my mathematics teacher, of the proposal for "Ilum: science

theatre, ballet, English, French and German.

school", which promised not only interdisciplinary training

When I discovered ILUM, I was delighted. I am very excited

but also total immersion in CNPEM and 100% student support

to be part of an institution that combines science education

(including housing, power, transport and notebook). Such a

and immersion in research and innovation in a state-of-the-

proposal was unlike any traditional course I had ever consid-

art center (CNPEM), without losing sight of the humanities and

ered, and I doubtless picked it as my first choice.”

humanization, a very rare proposal in Brazil.”

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POR DENTRO DO CNPEM

ENGENHARIA CNPEM | CNPEM ENGINEERING TECNOLOGIA

PARTINDO DE DEMANDAS TECNOLÓGICAS E CIENTÍFICAS INÉDITAS SURGEM SOLUÇÕES BUSCADAS INTERNACIONALMENTE

FROM UNPRECEDENTED TECHNOLOGICAL AND SCIENTIFIC DEMANDS, SOLUTIONS ALREADY SOUGHT AFTER INTERNATIONALLY COME TO LIGHT

TECHNOLOGY

Desenvolvimento tecnológico posto à prova Technological development put to the test Formando parcerias com indústrias nacionais e internacionais e investindo em sua equipe interna, durante sua história o CNPEM desenvolveu capacidade para projetar e produzir instrumentos científicos, competência associada ao conhecimento acumulado desde a construção da primeira fonte de luz síncrotron no Brasil. Hoje, por exemplo, o Centro opera uma das mais avançadas infraestruturas de vácuo do País, com capacidade de fabricação de câmaras em diferentes materiais (aço inox, cobre, alumínio e cerâmica) e desenvolveu técnicas complexas de soldagem para aplicações que exigem pressões tipicamente encontradas no espaço (abaixo de 1011 Bar) e que são fundamentais para operação de síncrotrons, fabricação de magnetos supercondutores e sistemas criogênicos. Na área de eletrônica digital, o CNPEM projeta e desenvolve diferentes componentes de operação em sistemas complexos de diagnóstico e controle, máquinas de precisão, compostas por sistemas mecatrônicos avançados, que visam adequar a aplicação das diferentes técnicas de pesquisa disponíveis aos inúmeros tipos de amostras e condições exigidas nos experimentos. Na temática de catálise e energia, destaca-se o desenvolvimento de um simulador de reator catalítico com fluxo controlado de reagentes. Os destaques acima são apenas alguns casos ilustrativos dos esforços do CNPEM para o desenvolvimento de ferramentas e instrumentação científica relacionadas a operação de grandes e complexas infraestruturas de pesquisa. Em suma, a concepção, desenvolvimento e operação de infraestruturas e equipamentos complexos é um indicativo da capacidade tecnológica de um país. Dessa forma, a atuação do CNPEM nesta área tem contribuído para que o Brasil não seja apenas um importador de equipamentos, mas que também acumule competências

POR DENTRO DO CNPEM

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A CONCEPÇÃO, DESENVOLVIMENTO E OPERAÇÃO DE INFRAESTRUTURAS E EQUIPAMENTOS COMPLEXOS É UM INDICATIVO DA CAPACIDADE TECNOLÓGICA DE UM PAÍS.

O desenvolvimento de novas tecnologias de produção de equipamentos, peças e a maestria na manipulação de materiais em suas mais diversas escalas fazem parte da expertise do CNPEM.

Developing new technologies to produce equipment, and mastering materials manipulation on a variety of scales are part of CNPEM's expertise.

técnicas desenvolvendo tecnologias com potencial de exportação. Este é um marco significativo para o País e parte da missão dos polos de tecnologia. CNPEM has forged partnerships with industry in Brazil and abroad and invested in its internal team over its history to build the capacity to design and produce scientific instruments, a competence associated with the knowledge accumulated since the construction of Brazil's first synchrotron light source. For example, today the Center operates one of the most advanced vacuum infrastructures in the country, with the capacity to manufacture chambers using various materials (stainless steel, copper, aluminum, and ceramics), and has developed complex welding techniques for applications that require pressures typically found in space (below 1011 bar units) and are fundamental for synchrotron operations, manufacturing superconducting magnets, and cryogenic systems. In the area of digital electronics, CNPEM designs and develops different operating components for complex diagnostic and control systems, precision machines composed of advanced mechanical systems, in order to adapt applications of the different research techniques available to the many types of samples and conditions required in experiments. In the area of catalysis and energy, the development of a catalytic reactor simulator with controlled reagent flow is a highlight.

Peças projetadas e produzidas no CNPEM são soluções customizadas para resolver desafios ambiciosos. Parts designed and produced at CNPEM are customized solutions to solve ambitious challenges

These are just a few examples of CNPEM's efforts to develop scientific tools and instrumentation related to the operation of large and complex research infrastructures. In short, the design, development, and operation of complex infrastructures and equipment are one indication of a country’s technological capacity. CNPEM's performance in this area moves Brazil beyond just an importer of equipment to a country that also accumulates technical skills by developing technologies with export potential. This is a significant milestone for the country, and part of the mission of its technology centers.

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POR DENTRO DO CNPEM

ENGENHARIA CNPEM | CNPEM ENGINEERING

PARCERIA

PARTNERSHIP

Acordo entre PITEC e CNPEM avança no desenvolvimento de tecnologia nacional de ponta Agreement between PITEC and CNPEM advances the development of state-of-the-art technology ENTENDIMENTO ESTABELECE CONDIÇÕES

para desenvolvimento conjunto de novos

mações quantificáveis que possam ser usa-

GERAIS PARA A COOPERAÇÃO EM PESQUISA

produtos, fornecimento de novos compo-

das pelos pesquisadores em suas análises.

E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO EM

nentes para o Sirius, e para a transferência

“Eu acredito que a grande beleza de

DETECTORES DE RAIOS X, ENGENHARIA

de tecnologia entre as partes, visando criar

se relacionar com uma instituição como

DE ACELERADORES E LINHAS DE LUZ

condições para o desenvolvimento de apli-

o CNPEM é a multidisciplinaridade. Você

cações de impacto que vão além do que

acaba aplicando seus conhecimentos em

existe hoje nas duas instituições.

áreas que você nem imaginava que seriam

A Pi Tecnologia (PITEC), empresa dedicada ao desenvolvimento de sistemas de comunicação e de imagem com sistemas

Um dos componentes mais importantes

possíveis. O conhecimento que nós en-

eletrônicos de última geração, e o CNPEM

das linhas de luz, os detectores funcionam

contramos no CNPEM e no Sirius, aliado à

firmaram em 2020 um acordo de coopera-

como câmeras digitais especialmente de-

capacidade de engenharia e de construção

ção técnica para a execução de projetos de

senvolvidas para a detecção da luz síncro-

que nós temos aqui, formou o ambiente

pesquisa aplicada e desenvolvimento tec-

tron. Eles são responsáveis por captar os

ideal para que a gente conseguisse resol-

nológico, envolvendo a transferência de

sinais resultantes da interação entre a luz

ver problemas de alta complexidade” afir-

know-how e tecnologias.

síncrotron e a amostra e, com ajuda de su-

ma Júlio César, CEO da PITEC.

O acordo estabelece condições gerais

POR DENTRO DO CNPEM

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percomputadores, transformá-los em infor-

“Ao transferir tecnologias desenvolvidas

A PITEC atuou em conjunto com a equipe do CNPEM no desenvolvimento do PIMEGA, um detector de raios X de grande área, com alta contagem de frames e com transferência de dados de alta capacidade, para utilização nas estações experimentais do Sirius. PITEC has worked with CNPEM team to develop PIMEGA, a largearea X-ray detector with high frame count and high-capacity data transfer for use in the Sirius experimental stations

UNDERSTANDING ESTABLISHES GENER-

ers, they transform it into quantifiable data

AL CONDITIONS FOR COOPERATION IN

that can be used by researchers in their

TECHNOLOGICAL RESEARCH AND DEVEL-

analyses. The company and CNPEM signed

OPMENT IN X-RAY DETECTORS, ACCELER-

a licensing agreement so PITEC can utilize

ATOR ENGINEERING, AND BEAMLINES

the technology worldwide.

Pi Tecnologia (PITEC), a company dedicat-

“I believe that the great beauty of having

ed to developing communications and imag-

a relationship with an institution like CNPEM

ing systems with state-of-the-art electronic

lies in its multidisciplinary nature. You end

systems, and CNPEM have signed in 2020 a

up applying your knowledge in areas that

broad technical cooperation agreement to

you didn't even imagine would be possible.

carry out projects in applied research and

The knowledge we find at CNPEM and Sirius,

technological development that involves the

together with the engineering and construc-

transfer of know-how and technologies.

tion capacity we have here, created the ideal

The agreement establishes general condi-

environment for us to solve highly complex problems,” says PITEC CEO Júlio César.

no CNPEM para uma empresa nacional como

tions for the joint development of new prod-

a PITEC, ganhamos um parceiro capaz de pro-

ucts, provision of new components for the

“By transferring technologies developed

duzir em maior escala dispositivos adaptados

Sirius synchrotron light source, and technol-

at CNPEM to a domestic company like PITEC,

aos elevados padrões que precisamos nos

ogy transfer between both parties, in order

we gain a partner that can produce devic-

aceleradores e nas linhas de luz. Com isso

to make it possible to develop high-impact

es adapted to the high standards we need

poderemos nos concentrar nos aspectos de

applications that will surpass what currently

in accelerators and beamlines on a larger

maior competitividade do Sirius, como desen-

exists in both institutions.

scale. With this, we can focus on aspects that

volver novas estações experimentais, novos

Detectors are one of the most important

make Sirius more competitive, such as devel-

métodos de aquisição e processamento de

components of beamlines, and act as dig-

oping new experimental stations, new data

dados e diversas outras frentes inovadoras

ital cameras specially developed to detect

acquisition and processing methods, and

mundialmente”, explica Lucas Sanfelici, che-

synchrotron light. They are responsible for

various other innovative fronts worldwide,”

fe de divisão de engenharia das linhas de luz

capturing the light that results from the

explains Lucas Sanfelici, Division Head of the

interaction between synchrotron light and

Beamlines Engineering Division.

OUTRAS PARCERIAS

the sample; with the help of supercomputOTHER TECHNOLOGY

TECNOLÓGICAS O Sirius teve entre seus objetivos esti-

PARTNERSHIPS

mular o desenvolvimento da indústria brasi-

One of the objectives of Sirius was to

leira, por meio da indução de demandas de

stimulate the development of the Brazilian

serviços, matérias-primas e equipamentos. Graças ao envolvimento das empresas brasileiras, foi alcançado um índice de nacionalização do projeto – ou seja, dos recursos investidos dentro do País – de cerca de 85%. Somados, os diferentes tipos de parceria envolvem um universo de mais de trezentas empresas brasileiras, de pequeno, médio e grande portes – sem contar aquelas envolvidas em demandas para as obras civis, que foram gerenciadas pela construtora Racional Engenharia. Em meio a este universo, mais de quarenta empresas trabalharam em desenvolvimentos tecnológicos especialmente para o Projeto Sirius. Além da PITEC, as empresas WEG, FCA e Termomecânica são algumas das parceiras envolvidas no Projeto Sirius.

GRAÇAS AO ENVOLVIMENTO DAS EMPRESAS BRASILEIRAS, FOI ALCANÇADO UM ÍNDICE DE 85% DE NACIONALIZAÇÃO DO PROJETO

industry by inducing demand for services, raw materials, and equipment. Thanks to the involvement of Brazilian companies, the project's nationalization rate (in other words, the share of resources invested within the country) reached approximately 85%. All in all, the different types of partnerships involve over three hundred Brazilian companies of all sizes, not to mention those involved in the demand for related civil construction projects, which were managed by the Racional Engenharia construction company. Of this group, more than forty companies have worked on technological developments, especially for the Sirius Project. In addition to PITEC, WEG, FCA, and Termomecânica are some of the partners involved in the Sirius Project.

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POR DENTRO DO CNPEM

ENGENHARIA CNPEM | CNPEM ENGINEERING

TECNOLOGIAS QUÂNTICAS

QUANTUM TECHNOLOGIES

CBMM e CNPEM buscam acelerar desenvolvimento de tecnologias em supercondutividade CBMM and CNPEM work to accelerate the development of superconductivity technologies PARCERIA VISA FOMENTAR PESQUISAS E DESENVOLVIMENTOS TECNOLÓGICOS RELACIONADOS A MATERIAIS SUPERCONDUTORES COM NIÓBIO Em 2021, a CBMM, líder mundial na produção e comercialização de produtos de nióbio, e o CNPEM firmaram acordo de cooperação em pesquisa e desenvolvimento tecnológico e científico na área de materiais supercondutores com aplicação de nióbio. “O objetivo deste acordo de cooperação é fazer ciência, desenvolver tecnologias e aplicá-las em todas as escalas, agregando valor a novos produtos de interesse da sociedade.”, comenta James Citadini, Gerente de Engenharia e Tecnologia do CNPEM. “A CBMM atua para diversificar o mercado global de Nióbio, e para isso investe cerca de R$200 milhões de reais por ano em seu Programa de Tecnologia, sendo o segmento de supercondutores um dos mais inovadores. Entendemos que não há alternativa para a produção desses materiais em grande escala que não passe pela utilização do Nióbio”, destaca Rodolfo Morgado, gerente do segmento de Produtos Especiais da CBMM. Este acordo visa propiciar o projeto, desenvolvimento e aplicações da supercondutividade como elemento-chave do desempenho de equipamentos nas mais variadas áreas, incluindo médica,

máquinas de ressonância magnética e outros equipamentos de

energia, física de partículas, elétrica e eletrônica, e defesa, geran-

diagnóstico médico de alto desempenho, além da confecção de

do componentes de alto valor agregado.

equipamentos para pesquisas científicas, como em magnetos para aceleradores de partículas. No entanto, uma grande limitação para o uso de materiais su-

O NIÓBIO Este elemento pode ser aplicado na estrutura de edifícios e

percondutores em larga escala é a necessidade de serem man-

pontes, em veículos, turbinas de avião, foguetes e sondas espa-

tidos a temperaturas baixíssimas, próximas do zero absoluto

ciais, além de tubulações de gás e baterias elétricas. Além disso, é

(-273.15°C), exigindo sua associação a grandes infraestruturas de

essencial para o desenvolvimento de materiais supercondutores.

resfriamento. Sendo assim, há uma constante busca por mate-

A supercondutividade é a propriedade que permite a certos ma-

riais supercondutores que operem a temperaturas cada vez mais

teriais conduzirem corrente elétrica sem resistência e, portanto,

próximas da temperatura ambiente, o que viabilizaria uma verda-

sem perda de energia.

deira revolução tecnológica. E é aqui que ligas de nióbio-titânio

Os supercondutores já são utilizados em aplicações que visam transmissão de energia e motores elétricos muito mais eficientes,

POR DENTRO DO CNPEM

21/22

fazem a diferença, desempenhando papel vital para a operação desses equipamentos.

A SUPERCONDUTIVIDADE É A PROPRIEDADE QUE PERMITE A CERTOS MATERIAIS CONDUZIREM CORRENTE ELÉTRICA SEM RESISTÊNCIA E, PORTANTO, SEM PERDA DE ENERGIA. O Nióbio é um metal que possui alta condutividade térmica e elétrica, maleabilidade, ductilidade e alta resistência à corrosão, ao calor e ao desgaste. Por essas características é utilizado em diversas ligas metálicas para aprimorar as propriedades de diferentes materiais. Niobium is a malleable, ductile metal with high thermal and electrical conductivity that is highly resistant to corrosion, heat, and wear. Because of these characteristics, it is used in several metal alloys to improve the properties of different materials.

PHOTO BY BJÖRN WYLEZICH

EMA

o caso dos materiais supercondutores.

Uma das novas estações experimentais abertas no Sirius,

Tais condições só podem ser desvendadas por um feixe de

denominada Ema, é um dos recursos mais avançados para ex-

raios X de alto brilho, como o produzido pelo Sirius, a partir da

perimentos que buscam soluções para tecnologias que envol-

combinação de diversas técnicas, como difração, espectroscopia

vem a supercondutividade.

de absorção e espalhamento inelástico de raios X. Nessa linha

A estação de pesquisa foi projetada para estudar materiais sub-

será possível responder perguntas sobre a estrutura atômica dos

metidos a temperaturas extremamente altas, mais de 8000°C, ou

materiais e como elas mudam de acordo com as condições de bai-

extremamente baixas, próximas do zero absoluto; ou também a

xíssima temperatura ou altíssima pressão necessárias durante o

pressões extremamente altas, equivalentes ao dobro da pressão

processo de manufatura de um material supercondutor.

no centro da Terra. Quando a matéria é submetida a essas condi-

“Na linha EMA buscamos entender microscopicamente o efei-

ções extremas, ela pode apresentar novas propriedades físicas e

to de supercondutividade e observá-lo à temperatura ambiente.

químicas, passando, por exemplo, de condutor para isolante, de

Esta compreensão poderia afetar todas as aplicações tecnológicas

magnético para não magnético, e vice-versa, ou mesmo apresen-

em nossa sociedade”, destaca Narcizo de Souza Neto, Chefe da

tar características que não existem em condições normais como é

Divisão de Matéria Condensada e Ciência dos Materiais do LNLS.

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POR DENTRO DO CNPEM

ENGENHARIA CNPEM | CNPEM ENGINEERING

PARTNERSHIP PROMOTES SCIENTIFIC

and applications of superconductivity as a key element of equipment

RESEARCH AND DEVELOPMENTS RELATED TO

performance in a wide variety of areas including medicine, energy,

SUPERCONDUCTING MATERIALS WITH NIOBIUM

particle physics, electrical and electronic, and defense, generating

CBMM, a world leader in producing and marketing niobium prod-

high value-added components.

ucts, and CNPEM have signed a cooperation agreement for research and technological and scientific development in the area of superconducting materials with niobium.

NIOBIUM This element can be applied to the structure of buildings and bridg-

“The goal of this cooperation agreement is to work in science, de-

es, vehicles, aircraft turbines, rockets, and space probes, as well as

velop technologies and apply them at all scales, adding value to new

gas mains and electric batteries. It is also essential to develop super-

products of interest to society,” comments James Citadini, Manager of

conducting materials. Superconductivity is the property that allows

Engineering and Technology at CNPEM.

certain materials to conduct electric current without resistance and

“CBMM works to diversify the global niobium market, and to do

therefore without a loss of energy.

so invests around R$ 200 million reais per year in its Technology Pro-

Superconductors are already used in applications that involve

gram, which is one of the most innovative segments for superconduc-

energy transmission, such as much more efficient electric motors,

tors. We understand that there is no alternative for producing these

magnetic resonance machines, and other high-performance medical

materials on a large scale that does not involve the use of niobium,”

diagnostic equipment, as well as manufacturing scientific research

says Rodolfo Morgado, manager of CBMM's Special Products sector.

equipment such as magnets for particle accelerators.

CNPEM is an organization with a mission to provide and contribute to

However, a major limitation on large-scale use of superconducting

the scientific and technological development of Brazil in its areas of com-

materials is the need to maintain them at very low temperatures close to

petence. To understand the properties of superconducting materials, CN-

absolute zero (-273.15°C), which in turn requires large cooling infrastruc-

PEM has the Sirius infrastructure at its disposal, with several research sta-

tures. For this reason, there is a constant search for superconducting ma-

tions that make it possible to study the magnetic behavior of the materials.

terials that work closer to ambient temperature, which would permit a

This agreement also involves providing the design, development,

true technological revolution. And it is here that titanium-niobium alloys make a difference, playing a vital role in the operation of such equipment. EMA One of the new experimental stations open at Sirius, called Ema, is

“ESTE ACORDO TEM O POTENCIAL DE COLOCAR O BRASIL COMO UM PRODUTOR DE MATERIAIS E EQUIPAMENTOS SUPERCONDUTORES, DE CLASSE MUNDIAL QUANTO À QUALIDADE E DESEMPENHO, A PARTIR DE PRODUTOS DESENVOLVIDOS NO PAÍS.”, pondera Antonio José Roque da Silva, DiretorGeral do CNPEM.

one of the most advanced resources for experiments that seek solutions for technologies that involve superconductivity. This research station is designed to study materials subjected to extremely high temperatures above 8000°C, extremely low temperatures near absolute zero, or extremely high pressures equivalent to double the pressure at the center of the Earth. When a substance is subjected to these extreme conditions it may present new physical and chemical properties (for example, it may transform from a conductor to an insulator, from magnetic to non-magnetic, or vice versa), or even exhibit characteristics that do not exist under normal conditions, as in the case of superconductive materials. These conditions can only be revealed by a high-brightness X-ray beam such as the one produced by Sirius, by combining several techniques such as diffraction, absorption spectroscopy, and non-elastic x-ray scattering. This beamline will investigate questions about the atomic structure of materials and how they change according to the very low temperatures or very high pressure required during the process of manufacturing superconductive materials. “At the Ema Beamline we seek to microscopically understand the effect of superconductivity and observe it at room temperature. This understanding could affect all technological applications in our Society”, hightlights Narcizo de Souza Neto, Head of Division in the Condensed Matter and Material Science Division.

POR DENTRO DO CNPEM

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PHOTO BY BRIAN

TECNOLOGIA QUÂNTICA

QUANTUM TECHNOLOGY

CNPEM e CERN firmam acordo de colaboração

CNPEM and CERN sign collaboration agreement

IMPULSIONADO PELAS SOLUÇÕES

responsável pela operação do Grande Co-

ímãs e materiais supercondutores. Estes

TECNOLÓGICAS DESENVOLVIDAS

lisor de Hádrons (LHC), o maior colisor de

conhecimentos são de enorme valor para

NO BRASIL PARA O PROJETO SIRIUS,

partículas do planeta, e CNPEM firmaram

o desenvolvimento de novas tecnologias,

NOVO ENTENDIMENTO ESTABELECE

dia 4 de dezembro de 2020 um amplo acor-

tanto no campo da ciência quanto em di-

PARÂMETROS PARA PARCERIA AMPLA EM

do de colaboração científica e tecnológica.

versos setores da indústria.

PESQUISAS DE INTERESSE MÚTUO, COMO AS DE MATERIAIS SUPERCONDUTORES.

O acordo estabeleceu condições legais

“A parceria do CNPEM com o CERN per-

para colaboração em pesquisas e compar-

mite o desenvolvimento de projetos con-

A Organização Europeia para a Pesqui-

tilhamento de recursos em qualquer área

juntos em diversas áreas, em especial a de

sa Nuclear (CERN), um dos laboratórios

de interesse mútuo, em especial nas tec-

supercondutividade. Como todo projeto

líderes mundiais em física de partículas,

nologias aplicadas à física de aceleradores,

de alta tecnologia, haverá um grande en-

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POR DENTRO DO CNPEM

ENGENHARIA CNPEM | CNPEM ENGINEERING

volvimento da indústria nacional que se beneficiará em áreas como desenvolvimento e construção de criostatos, desenvolvimento e fabricação de fios supercondutores e materiais para operação em condições extremas, fabricação de bobinas, desenvolvimento de eletrônicas rápidas de potência e diagnóstico, entre outros”, comenta James Citadini, Gerente de Engenharia e Tecnologia do CNPEM. O CERN trabalha em estudos de viabilidade para um Futuro Colisor Circular (FCC), uma infraestrutura quatro vezes maior, com cerca de 100 quilômetros de extensão, voltada a pesquisas so-

“A ASSINATURA DESTE NOVO ACORDO AUMENTARÁ NOSSO COMPARTILHAMENTO DE CONHECIMENTO NA ÁREA DE TECNOLOGIA DE ACELERADORES”, disse Frédérick Bordry, Diretor de Aceleradores e Tecnologia do CERN.

bre constituintes fundamentais da matéria. Projeto que demanda recursos humanos e fornecimento de materiais certificados sob os mais elevados padrões tecnológicos. “Estou muito satisfeito em assinar este acordo

plied to the physics of accelerators, magnets, and su-

de colaboração”, disse Frédérick Bordry, Diretor de

perconductive materials. This knowledge holds enor-

Aceleradores e Tecnologia do CERN. “Por 30 anos,

mous value to develop new technologies, both in the

o Brasil tem sido um forte parceiro nas atividades

scientific field as well as various sectors of industry.

científicas do CERN. A assinatura deste novo acordo

“CNPEM's partnership with CERN will make it possi-

aumentará nossa colaboração em pesquisa cientí-

ble to carry out projects in several areas, particularly

fica, treinamento, inovação e no compartilhamento

superconductivity. Like any high-tech project, there

de conhecimento na área de tecnologia de acelera-

will be major involvement by domestic industry, which

dores. O CNPEM e o Brasil têm muitas competências

will benefit from the project in areas such as the devel-

e talentos comprovados nesta área e estou conven-

opment and construction of cryostats, development

cido de que isso trará muitos benefícios mútuos,

and manufacture of superconducting wires and mate-

além de motivar também os parceiros industriais.”

rials to operate in extreme conditions, and manufacture of coils, development of rapid power electronics

THE EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLE-

and diagnostics,” comments James Citadini, CNPEM's

AR RESEARCH (CERN), ONE OF THE WORLD'S

Manager of Engineering and Technology.

LEADING PARTICLE PHYSICS LABORATORIES,

CERN, which operates the Large Hadron Collider

AND CNPEM SIGNED A BROAD AGREEMENT

(LHC), the planet's largest particle collider, is working

ON SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL COL-

on feasibility studies for a new structure: the Future Cir-

LABORATION ON DECEMBER 4, 2020.

cular Collider (FCC), a four-fold infrastructure approxi-

This agreement established the legal conditions for

mately 100 kilometers long that will focus on research

collaboration in research and resource sharing in any

into the fundamental components of matter. This proj-

area of mutual interest, particularly technologies ap-

ect requires human resources and supplies of certified materials made to the highest technological standards. “I am very pleased to sign this collaboration agreement,” said Frédéric Bordry, Director of Accelerators and Technology at CERN. “For 30 years, Brazil has been

ACORDO MIRA O DESENVOLVIMENTO DE NOVAS TECNOLOGIAS, COM APLICAÇÕES NA CIÊNCIA E EM DIVERSOS SETORES DA INDÚSTRIA.

a strong partner in CERN's scientific activities. Signing this new agreement will expand our collaboration in scientific research, training, innovation, and knowledge sharing in the area of accelerator technology. CNPEM and Brazil have many proven skills and talents in this area, and I am convinced this will bring with it many mutual benefits, and also motivate industry partners.”

POR DENTRO DO CNPEM

21/22

ACELERADORES DE PARTÍCULAS

PARTICLE ACCELERATORS

Quais as diferenças entre o Sirius e o LHC, do Cern?

What are the differences between Sirius and CERN's LHC? Foto de uma pequena parte do LHC, CERN (Pexels / Pietro Battistoni) mostra como as dimensões dos equipamentos são diferentes, já que aceleram prótons, maiores e mais pesados que elétrons. Photo of a small part of the CERN LHC (Pexels/Pietro Battistoni) shows how the dimensions of the equipment are different, as they accelerate protons, which are larger and heavier than electrons.

NO CERN, FEIXES DE PRÓTONS SÃO ACELERADOS EM DIREÇÕES OPOSTAS PARA QUE SE CHOQUEM ENTRE SI.

CNPEM's Sirius particle accelerator and CERN's LHC have some similarities, but they are quite dif-

Os aceleradores de partículas Sirius, do CNPEM, e o LHC, do CERN,

ferent. In both types of accelerators, particles travel

possuem algumas semelhanças, mas são bastante diferentes. Em

along a circular trajectory within metal chambers,

ambos os tipos de aceleradores, partículas são conduzidas dentro

and their path is guided by magnets. Some of the

de câmaras metálicas ao longo de uma trajetória circular, e têm seu

components that make up these accelerators are con-

percurso guiado por ímãs. Assim, alguns dos componentes que com-

sequently similar, which is why an agreement between

põem esses aceleradores se assemelham, e é por isso que um acordo

the two institutions that house each opens technolog-

entre as instituições que abrigam cada uma dessas infraestruturas

ical opportunities for both. However, each of these in-

abre oportunidades tecnológicas para ambas. No entanto, os objeti-

frastructures has distinct scientific objectives.

vos científicos de cada uma dessas infraestruturas são distintos.

Within the LHC, proton beams are accelerated in

No LHC, feixes de prótons são acelerados em direções opostas

opposite directions, so they collide with each other. Re-

para que se choquem entre si. Os pesquisadores detectam e anali-

searchers detect and analyze these collisions to study

sam essas colisões para estudar a matéria em uma escala subatô-

matter on a subatomic scale and investigate the build-

mica e investigar a estrutura mais fundamental do universo. Já em

ing blocks of the universe. Meanwhile, in a synchrotron

uma fonte de luz síncrotron como o Sirius, elétrons são acelerados

light source such as Sirius, electrons are accelerated in

em uma única direção, sem colidir uns com os outros. Os elétrons

the same direction without colliding into each other. The

devem circular de maneira estável por longos períodos de tempo.

electrons circulate steadily for long periods of time; this

Este feixe de elétrons produz um tipo de luz especial, chamado de

electron beam produces a special type of light, called syn-

luz síncrotron. Essa luz é então usada pelos pesquisadores para es-

chrotron light, which is then used by researchers to study

tudar diversos materiais, na escala das suas moléculas e átomos.

various materials at the molecular and atomic scales.

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COVID-19

2020-2021, OS ANOS QUE MUDARAM NOSSAS VIDAS 74

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2020–2021: THE YEARS THAT CHANGED OUR LIVES

Um desafio a mais movimentou as mentes e mãos que compoem o CNPEM. A Ciência se mostrou a maior fonte de esperança no combate à pandemia de SARSCoV-2, e o Centro fez sua parte. An additional motivation drove the minds and hands that compose CNPEM. Science has shown itself to be the greatest source of hope in the fight against the SARS-CoV-2 pandemic, and the Center has done its part.

PHOTO BY ELENA MOZHVILO ON UNSPLASH

SARS-CoV-2, uma variação de vírus da família dos coronavírus, assim denominados por terem essa "coroa" de proteínas, utilizada para se conectarem às células SARS-CoV-2, a variation of a virus from the coronavirus family, so called because they have this "crown" of proteins, used to attach themselves to cells

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COVID-19

Cristais da protease PL-Pro do vírus SARS-CoV-2 SARS-CoV-2 virus PLPro protease crystals

ESFORÇOS CONJUNTOS EM BUSCA DE RESPOSTAS JOINT EFFORTS SEARCHING FOR ANSWERS 76

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Por/By KLEBER FRANCHINI

Diretor do Laboratório Nacional de Biociências – LNBio Director of the Brazilian Biosciences National Laboratory

pandemia da COVID-19 testou a capacidade científica do CNPEM de maneira inesperada. Em um esforço coletivo, executamos projetos de alta complexidade com potencial para impactar o entendimento da biologia do SARS-CoV-2, o desenvolvimento de insumos para pesquisas, e o estabelecimento de alternativas terapêuticas e diagnósticas para a COVID-19. Para alcançar esses objetivos, foram reunidas competências em biologia computacional, em biologia estrutural e molecular, em descoberta de medicamentos, e biologia de doenças, apoiadas na infraestrutura científica de classe mundial disponível no CNPEM. O esforço contou também com a antecipação do comissionamento e disponibilização para uso emergencial pela comunidade científica da linha de luz MANACÁ do Sirius, dedicada à cristalografia de proteínas uma técnica fundamental para o entendimento da biologia do vírus e para a descoberta e desenvolvimento de medicamentos. Como resultado, propusemos o fármaco antiviral nitazoxanida para estudos clínicos de segurança e eficácia; estabelecemos testes sorológicos e em saliva para a detecção de antígenos virais que foram utilizados em profissionais de saúde em ambiente hospitalar; padronizamos ensaios experimentais; produzimos reagentes e insumos para pesquisa; contribuímos no desenvolvimento de vacinas em teste; além de termos aprofundado o conhecimento da biologia do SARS-CoV-2. Esse cenário trouxe à tona com mais clareza o papel estratégico do CNPEM no atendimento de demandas da sociedade. Há um entendimento de que esta não será a última vez que um agente patogênico ameaçará nossas vidas e nossos meios de subsistência. Estabelecer os meios e instrumentos que possam mitigar seus impactos exige esforço científico, estabelecimento de competências, e investimentos. Nossas ações no enfrentamento da COVID-19 nos inspiram a nos capacitar para vencer novos desafios na pesquisa e desenvolvimento em saúde. Com apoio do Ministério da Ciência Tecnologia e Inovações, o CNPEM será a sede de uma complexa infraestrutura científica dedicada à biocontenção e pesquisa de agentes patogênicos, incluindo aqueles que requerem máxima contenção biológica. De maneira inédita, esta infraestrutura será acoplada ao Sirius, o que permitirá abordagens experimentais singulares para o entendimento da biologia de agentes patogênicos de alta periculosidade, e estabelecer as condições para o desenvolvimento de meios de enfrentamento rápidos e eficientes.

ESSE CENÁRIO TROUXE À TONA COM MAIS CLAREZA O PAPEL ESTRATÉGICO DO CNPEM NO ATENDIMENTO DE DEMANDAS DA SOCIEDADE

The COVID-19 pandemic tested CNPEM's scientific capacity unexpectedly. In a collective effort, we carry out highly complex projects with the potential to impact the understanding of the biology of SARS-CoV-2, the development of research inputs, and the establishment of therapeutic and diagnostic alternatives for COVID-19. To achieve these goals, competencies in computational biology, structural and molecular biology, drug discovery, and disease biology were pooled, supported by the worldclass scientific infrastructure available at CNPEM. The effort also included the anticipation of the commissioning and availability for emergency use by the scientific community of Sirius beamline MANACÁ, dedicated to protein crystallography - a fundamental technique for understanding the biology of the virus and for the discovery and development of drugs. As result, we proposed the antiviral drug nitazoxanide for clinical studies of safety and efficacy; we also established serological and saliva tests for detecting viral antigens used by healthcare professionals in a hospital environment; standardized experimental tests; produced reagents and supplies for research; contributed to the development of test vaccines, and deepened the knowledge of the biology of SARS-CoV-2. This scenario brought to light the strategic role of CNPEM in meeting the demands of society. There is an understanding that this will not be the last time a pathogen will threaten our lives and livelihoods. Establishing the means and instruments that can mitigate its impacts requires scientific effort, the establishment of skills, and investments. Our actions in the fight against COVID-19 inspire us to empower ourselves to overcome new challenges in health research and development. With support from the Ministry of Science, Technology and Innovation, CNPEM will host a complex scientific infrastructure dedicated to the biocontainment and research of pathogenic agents, including those that require maximum biological containment. In an unprecedented way, this infrastructure will couple to Sirius, which will allow unique experimental approaches to understand the biology of hazardous pathogens and establish the conditions for the development of rapid and efficient means of coping. en

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COVID-19

iante de uma realidade imposta que até parecia um roteiro de filme de ficção científica, o CNPEM agiu rapidamente e reorientou suas atividades de pesquisa e desenvolvimento, mobilizando seu quadro de recursos humanos altamente qualificado, sua infraestrutura científica de ponta, técnicas e competências disponíveis em uma força-tarefa para o enfrentamento da Covid-19. Além das atividades realizadas no âm-

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When faced with a reality that seemed straight out of science fiction, CNPEM acted quickly and redirected its research and development activities to mobilize its highly qualified human resources framework, its state-of-the-art scientific infrastructure, techniques, and competencies into a task force to fight Covid-19. In addition to the activities carried out as part of Rede Vírus (the Virus Network) coordinated by the en

CNPEM VS COVID-19 Assista ao v deo sobre a iniciativa do CNPEM no combate à Covid-19 Watch the video about the CNPEM initiative in the fight against Covid-19 https://youtu.be/Bx94zFevpMY

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bito da Rede Vírus, coordenada pelo MCTI, em que atuou com o reposicionamento de fármacos e o projeto e produção de Face-Shields, o Centro atuou também em outras frentes: Geração de partículas virais defectivas (VLPs) voltadas a facilitar a manutenção e a experimentação com o vírus SARS-CoV-2; Desenvolvimento de testes e diagnósticos com transferência de tecnologia para um hospital e uma organização social parceiros do CNPEM; Na produção de proteínas virais recombinantes; sequenciamento genético e engenharia genética aplicada ao vírus; Desenvolvimento de métodos de desinfecção de ambientes e superfícies; O CNPEM também apoiou pesquisas relacionadas à Covid-19 de usuários externos, abrindo as portas de suas instalações abertas. As propostas atendidas usaram, principalmente, técnicas de microscopia eletrônica, criomicroscopia, microfabricação e cristalização de macromoléculas.

CNPEM INTEGRA A REDE VÍRUS MCTI

Os face-shields produzidos no Centro foram utilizados internamente e por parceiros e centros de saúde The face-shields produced at the Center were used internally and by partners and health centers

O Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI) mobilizou unidades de pesquisa, Institutos de Ciência e Tecnologia e laboratórios espalhados por todo o território nacional em resposta à emergência do novo coronavírus, instituindo a Rede Vírus MCTI. A Rede Vírus é um comitê que reúne especialistas, representantes de governo, agências de fomento do ministério, centros de pesquisa e universidades com o objetivo de integrar iniciativas em combate a viroses emergentes. Essas instituições atuam em conjunto no desenvolvimento de diagnósticos, tratamentos, vacinas e produção de conhecimento sobre o vírus.

Ministry of Science, Technology, and Innovation, in which it worked to repurpose drugs and design and produce face shields, the Center also acted on other fronts: Generating defective viruses (VLPs) to make it easier to maintain and experiment with the SARS-CoV-2 virus. Developing tests and diagnostics with technology transfer to a hospital and social organization which are partners with CNPEM. Producing recombinant viral proteins, genetic sequencing, and genetic engineering applied to the virus. Developing methods to disinfect environments and surfaces. CNPEM also supported research related to Covid-19 by external users, opening the doors of its facilities. The accepted proposals mainly utilized electron microscopy, cryomicroscopy, micromanufacturing, and macromolecular crystallization techniques.

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CNPEM IS PART OF THE MCTI'S REDEVÍRUS The Ministry of Science, Technology, and Innovation (MCTI) mobilized research units, laboratories, and science and technology institutes across Brazil to create Rede Vírus (the Virus Network) to fight the coronavirus. Rede Vírus is a commission that brings together experts, government representatives, scientific incentive agencies from MCTI, research centers, and universities to be part of initiatives to combat emerging viruses. These institutions work together to develop diagnostics, treatments, and vaccines and study the virus.

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REPOSICIONAMENTO DE FÁRMACOS E BIOLOGIA ESTRUTURAL DO SARS-COV-2

O CNPEM ingressou na Rede Vírus MCTI com projeto voltado para a identificação de fármacos já disponíveis, com potencial aplicação na Covid-19. Essa atividade envolveu diretamente as Plataformas de Descoberta e Desenvolvimento de Fármacos, Computação Científica e Biologia Estrutural, e o Programa em Pesquisa em Doenças Infecciosas, estabelecidos nos anos anteriores no CNPEM. Em conjunto, essa infraestrutura e equipes executaram ensaios para triagem de compostos in silico e in vitro, determinaram a estrutura de proteínas importantes para a replicação de SARS-CoV-2 que representam alvos para fármacos antivirais, avançaram nos mecanismos moleculares importantes para o ciclo replicativo de SARS-CoV-2, bem como nos mecanismos de ação dos fármacos-candidatos encontrados.

PARTÍCULAS VIRAIS DEFECTIVAS (VLPS)

Estudos laboratoriais para pesquisa de fármacos inibidores do novo Coronavírus podem ser facilitados a partir da utilização de partículas virais defectivas, que não apresentam riscos de infecção. Foram produzidas partículas denominadas VLPs, que apresentam o envoltório viral e carecem de material genético, seguido de ensaios de microscopia eletrônica, em que foi observada a morfologia da partícula, muito semelhante à esperada para uma partícula viral selvagem. O sistema de produção das partículas está em aperfeiçoamento para aumentar a concentração e viabilizar a realização de ensaios de biologia estrutural.

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DRUG REPURPOSING AND THE STRUCTURAL BIOLOGY OF THE SARS-COV-2 VIRUS CNPEM joined the MCTI's Rede Vírus with a project to identify available medications that could potentially be utilized in treating Covid-19. This activity directly involved the Drug Discovery and Development, Scientific Computing, and Structural Biology Platforms, as well as the Infectious Disease research program established in previous years at CNPEM. Together, this infrastructure and these teams ran tests to screen compounds in silico and in vitro, determined the structure of relevant proteins for the SARS-Cov-2 replication, which can act as targets for antiviral drugs, and made advances in the molecular mechanisms that are important for the SARS-CoV-2 replication cycle, as well as in the action mechanisms for the drugs with potential for use. DEFECTIVE VIRUS PARTICLES (VLPS) Laboratory studies on agents that may inhibit the novel coronavirus may be facilitated by the use of defective viral particles that do not pose infection risk. Virus-like particles (VLPs) comprising the viral envelope but lacking genetic material were produced; they were investigated using electron microscopy to determine the particle morphology, very similar to assays on wild viral particles. The particle production system is being improved to boost concentration and to permit structural biology testing.

AS EQUIPES OBSERVARAM A ESTRUTURA DE PROTEÍNAS IMPORTANTES PARA A REPLICAÇÃO DE SARS-COV-2 QUE REPRESENTAM ALVOS PARA FÁRMACOS ANTIVIRAIS

Imagens de microscopia eletrônica de linfócitos infectados com o vírus SARS-Cov-2 onde identificase os vírus dentro das células, em vesículas. Experimento realizado por pesquisadores do CNPEM e da Unicamp Electron microscopy images of lymphocytes infected with the SARSCov-2 virus, where the viruses are identified inside the cells, in vesicles. Experiment carried out by researchers from CNPEM and Unicamp O reposicionamento de fármacos consiste na pesquisa de medicamentos já existentes no mercado (portando já aprovados pelas unidades competentes), para o uso em novas terapias. A plataforma de High Content Throughput Screening é ideal para a triagem de ativos eficazes Drug repositioning consists of researching drugs already on the market ( which have already been approved by the competent units), for use in new therapies. The High Content Throughput Screening platform is ideal for the trial of efficient drugs

TRIAGEM E MINERAÇÃO DE DADOS PARA A SELEÇÃO DE ATIVOS

Cerca de dois mil fármacos já aprovados para o uso em outras doenças foram testados por triagem virtual contra duas proteases de SARS-CoV-2 e a proteína do nucleocapsídeo (membrana que envolve o núcleo do vírus) de SARS-CoV-2. A iniciativa partiu de moléculas sabidamente seguras em seres humanos, disponíveis em bancos de dados, e utilizou abordagens computacionais para gerar um ranking de fármacos com potencial de ligação ao sítio ativo das proteínas alvo e que, portanto, seriam candidatos para reposicionamento em Covid-19. Vinte e nove moléculas foram purificadas a partir

DATA MINING AND SCREENING TO SELECT ACTIVE INGREDIENTS About two thousand drugs already approved for use to treat other diseases were tested via virtual screening against the two SARS-CoV-2 proteases and the nucleocapsid protein (membrane that contains the virus nucleus) of SARSCoV-2. This initiative began with molecules which are known to be safe for use in humans available in databases, and used computational approaches to generate a ranking of drugs with the potential to bind to the active site of the target proteins, thus making them candidates for repurposing against Covid-19. Twen-

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de medicamentos ou obtidas comercialmente. O fármaco que mais se destacou no contexto de reposicionamento em Covid-19 foi a nitazoxanida.

ty-nine molecules were purified from medicines or purchased. The most notable candidate for repurposing against Covid-19 was nitazoxanide.

PARCERIAS COM EMPRESAS

CORPORATE PARTNERSHIPS Alongside the work to repurpose drugs, a partnership was established with the KUNUMI company, which develops models using artificial intelligence. This partnership involves building a database of drugs which are already approved, that will contain data on molecular applications and mechanisms of action, chemical structure, and results from the literature on Covid-19 (such as symptoms, mechanisms, and clinical studies, for example). The company developed a computational model that resulted in a ranking of a hundred potential compounds, thirty of which have not yet been reported in the literature. Of this subset, six showed greater potential and were selected for acquisition and testing by CNPEM.

Paralelamente à ação de reposicionamento de fármacos, foi estabelecida uma parceria com a empresa KUNUMI, que desenvolve modelos usando inteligência artificial. A parceria visou a construção de um banco de dados sobre fármacos já aprovados, contendo informações sobre aplicações e mecanismos moleculares de ação, estrutura química e resultados da literatura em Covid-19 (sintomas, mecanismos, estudos clínicos, entre outros). A empresa desenvolveu um modelo computacional que resultou em um ranking de cem compostos potenciais, dos quais trinta não foram reportados na literatura até o momento. Desse subconjunto, seis mostraram maior potencial e foram selecionados para aquisição e testes pelo CNPEM.

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AVALIAÇÃO DE LUZ NO ESPECTRO DE UVC DISTANTE COMO AGENTE VIRUSCIDA DE SARS-COV-2

Exemplos de possíveis complexos receptor-inibidor identificados através de triagem virtual contra três alvos moleculares do SARS-CoV-2. (A) 3C-Like Protease, (B) Papain-Like Protease, (C) domínio N-terminal da proteína do nucleocapsídeo Examples of potential receptor-inhibitor complexes identified in virtual screenings against three molecular targets in SARS-CoV-2. (A) 3C-like protease, (B) Papain-like protease, (C) N-terminal domain of the nucleocapsid protein

O CNPEM deu início a um projeto em parceria com o Instituto Tecnológico Vale, cofinanciado pela própria empresa e pela Embrapii, que busca avaliar a ação da luz ultravioleta distante, far-UVC, como agente viruscida de SARS-CoV-2, para descontaminação de superfícies e objetos. Luzes UV emitidas por lâmpadas germicidas, tipicamente apresentam um pico de emissão em torno de 254 nm de comprimento de onda, que podem causar riscos à saúde humana. Este projeto visa explorar a janela de comprimento de onda do espectro UV que tenha poder antimicrobiano sem causar danos. Ensaios preliminares sobre SARS-CoV-2 tiveram resultados promissores. Após validação da estratégia adotada no estudo será possível o emprego desse tipo de luz no comprimento de onda apropriado, para a descontaminação de ambientes sem causar danos à saúde humana, tornando-se uma opção segura e de fácil utilização para diversos setores da sociedade.

PARCERIA COM A MEDICINE FOR MALARIA VENTURE (MMV)

A abordagem de triagem de compostos do CNPEM também resultou no estreitamento das parcerias com a Medicine for Malária Venture (MMV) – consórcio internacional que visa o desenvolvimento de novos fármacos para doenças infecciosas, incluindo viroses emergentes, além de malária. A partir da triagem das bibliotecas MMV disponibilizadas foram encontrados agentes com ação anti-SARS-CoV-2. A avaliação mais aprofundada da ação destes compostos em diversas células humanas está em fase de conclusão.

ASSESSMENT OF FARUVC SPECTRUM LIGHT TO ELIMINATE THE SARS-COV-2 VIRUS CNPEM started a project in partnership with the Vale Technological Institute, co-financed by Vale and by EMBRAPII, in order to assess far-UVC light against the SARS-CoV-2 virus to disinfect surfaces and objects. UV lights emitted by germicidal lamps typically have peak emissions of around 254 nm wavelengths, which can be unsafe for human health. This project explores the window of UV spectrum wavelengths that has antimicrobial action but does not cause damage; preliminary tests involving SARS-CoV-2 yielded promising results. After validation of the strategy adopted in the study, it will be possible to use this type of light at the appropriate wavelength to decontaminate environments without risk to human health, making it a safe and easy-to-use option for various sectors of society. PARTNERSHIP WITH THE MEDICINE FOR MALARIA VENTURE (MMV) CNPEM's compound screening approach has also resulted in closer partnerships with the Medicine for Malaria Venture (MMV), an international consortium to develop new drugs for infectious diseases including emerging viruses as well as malaria. Screening the available MMV libraries yielded agents that act against SARS-CoV-2; further assessment of the action of these compounds in various types of human cells is currently in the conclusion phase.

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COVID-19

DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS E DISPOSITIVOS DIAGNÓSTICO

O CNPEM também atuou no desenvolvimento de um ensaio imunoenzimático para detecção de anticorpos antivirais de SARS-CoV-2. O ensaio utilizou uma proteína clone do vírus, produzida no Centro, como um antígeno para um ensaio diagnóstico chamado Elisa, que possibilita detectar de forma semi quantitativa a presença de anticorpos antivirais em soro humano. Por meio de uma parceria com o Hospital Dante Pazzanese, foi instituído

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DEVELOPMENT OF DIAGNOSTIC METHODS AND DEVICES CNPEM also worked to develop an immunoenzymatic assay to detect antiviral antibodies to SARSCoV-2. This assay used a virus clone protein produced at the Center as an antigen for a diagnostic test known as ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) that can detect the presence of antiviral antibodies in human serum in a semi-quantitative manner. Through a partnership with the Dante Pazzanese Hospital, a research protocol was established

Dispositivo produzido no CNPEM é composto por um sensor, feito de fina camada de ouro, capaz de detectar uma doença utilizando uma quantidade mínima de amostragem Device created at CNPEM consists of a sensor made of a thin layer of gold that can detect a disease using a minimal amount of sampling

um protocolo de pesquisa para acesso a amostras de soro e dados de PCR que possibilitaram a validação do ensaio desenvolvido. Além disso, foi efetuada a transferência de tecnologia do ensaio para o hospital, que já realizou mais de dois mil testes com funcionários, e para a Biotec Amazônia. Um manuscrito descrevendo o método foi publicado na revista Frontiers in Immunology em agosto de 2021. O teste Elisa foi utilizado para um estudo realizado com colaboradores do CNPEM, relacionando sinais de anticorpos e efetividade de soroneutralização, para melhor entendimento da correlação do teste sorológico e imunidade protetora antiviral.

to access serum samples and PCR data that made it possible to validate this new assay. Furthermore, the technology from the trial was transferred to the hospital, which has already performed more than two housand tests on its staff, and to Biotec Amazônia. A manuscript describing the method was published in the journal Frontiers in Immunology in August 2021. The Elisa test was used for a study with CNPEM staff to link antibody signals and effectiveness of seroneutralization to better understand correlations between the serological test and protective immunity against the virus.

DISPOSITIVOS

Cristal da proteína 3CL de SARSCoV-2, analisado na linha de luz Manacá, do Sirius Crystal of 3CL protein of SARSCoV-2, analyzed in Sirius' Manacá beamline

O CNPEM também atuou no desenvolvimento de “Plataforma de dispositivos ultracompactos para diagnostico de Covid-19 em seus estágios iniciais”, um projeto CNPq-MCTI, que visa a fabricação de dispositivos com processos padrão de fotolitografia, permitindo a reprodutibilidade e maior qualidade destes componentes. O dispositivo é composto por um sensor, feito de fina camada de ouro, capaz de detectar uma doença utilizando uma quantidade mínima de amostragem. A arquitetura geral do dispositivo na forma de um microtubo permite concentrar a amostra dentro dele, requerendo volume menor do que o de uma gota. O conjunto permite obter uma resposta rápida e amplificada dada por um sinal elétrico mensurável, que pode ser observa-

DEVICES CNPEM also worked on developing a platform for ultra-compact devices to diagnose Covid-19 in its early stages. A CNPq-MCTI project to manufacture devices with standard photolithography processes that permit reproducibility and higher quality of these components. The device consists of a sensor made of a thin layer of gold that can detect a disease using a minimal amount of sampling. The general architecture of the device in the form of a microtube makes it possible to concentrate the sample within it, requiring volumes of less than one drop. The setup permits a fast and amplified response via a measurable electrical signal, which can be observed by a computer or even a portable device. In addition to Covid-19, this platform can be used to diagnose other diseases: all that is required is to make the electrodes functional through new layers of bio-recognition.

SEROLOGICAL TESTING FOR COVID-19, IMMUNOLOGICAL SURVEILLANCE, AND EXPLORATION OF PROTECTIVE ANTIBODIES DOI: 10.3389/FIMMU.2021.635701 21/22

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COVID-19

do em um computador ou até mesmo em um aparelho portátil. Além do impacto no diagnóstico de Covid-19, essa plataforma pode ser utilizada no diagnóstico de outras doenças, bastando a funcionalização dos eletrodos através de novas camadas de bio-reconhecimento.

SIRIUS NO COMBATE À COVID-19

Com o início das medidas restritivas, a partir de março de 2020, relacionadas à pandemia da Covid-19, as atividades do Sirius foram estrategicamente reorientadas de forma a viabilizar sua participação nos esforços do CNPEM no enfrentamento à Covid-19. Isso exigiu readequações na dinâmica de montagem das linhas de luz, bem como nas atividades relacionadas ao comissionamento dos aceleradores, visando preservar a saúde dos colaboradores do CNPEM. Os esforços de montagem e comissionamento das linhas foram reorientados com foco na conclusão da linha de luz Manacá (dedicada à cristalografia de macromoléculas, como proteínas) e Cateretê (dedicada ao espalhamento coerente de raios X). Ambas viabilizam técnicas importantes no apoio aos esforços da comunidade científica no combate à Covid-19. A decisão de priorizar essas atividades considerou a natureza dos experimentos da linha de luz Manacá, que permitem visualizar detalhes em escala atômica de biomoléculas, como aquelas que compõem um vírus, por exemplo.

A Manacá pôde ser utilizada para obtenção da estrutura atômica de proteínas importantes para as atividades essenciais ao SARS-CoV-2. Esses dados puderam auxiliar na compreensão da biologia do vírus e na busca racional de fármacos The Manacá beamline was used to obtain the atomic structures of proteins that are essential to the SARS-CoV-2 virus. These data helped us understand the biology of the virus and search for drugs to treat Covid-19.

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Na tela, um cristal da proteína do vírus SARS-CoV-2, criado na instalação de cristalização de proteínas do CNPEM On the screen, a crystal of the SARS-CoV-2 virus protein, created in the CNPEM Protein Crystallization facility

SIRIUS IN THE FIGHT AGAINST COVID-19 With the beginning of restrictive measures, in March 2020, to limit the spread of the coronavirus, activities at Sirius were strategically redirected in order to allow participation in CNPEM's efforts to face the pandemic.

AS ATIVIDADES DO SIRIUS FORAM ESTRATEGICAMENTE REORIENTADAS PARA VIABILIZAR SUA PARTICIPAÇÃO NOS ESFORÇOS DO CNPEM NO ENFRENTAMENTO À COVID-19.

This required readapting the dynamics of the beamline assembly, as well as the activities related to accelerator commissioning in order to protect CNPEM staff. Work to assemble and commission the lines was redirected, focusing on concluding the Manacá (dedicated to the crystallography of macromolecules like proteins) and Cateretê (dedicated to coherent X-ray scattering) beamlines. Both permit important techniques to support the scientific community in its efforts to combat Covid-19. The decision to prioritize these activities considered the nature of the Manacá beamline, which makes it possible to visualize details of biological molecules (such as those that make up viruses) on an atomic scale.

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ESTÃO VENDO MINHA TELA? | CAN YOU SEE MY SCREEN? Com as adaptações necessárias para garantir a segurança dos colaboradores e parceiros do CNPEM, novas formas de comunicação e interação se estabeleceram para garantir a continuidade das ações de treinamento e extensão planejadas. Apesar da interrupção das interações presenciais, as iniciativas virtuais trouxeram grande aprendizado e maior alcance dos eventos e workshops realizados pelo Centro, facilitando a participação de inscritos e palestrantes de todo o globo.

DIA DA LUZ

VISITAS E EVENTOS VIRTUAIS ABRIRAM UMA NOVA FORMA DE COMUNICAÇÃO ENTRE O CNPEM E A SOCIEDADE VIRTUAL VISITS AND EVENTS OPENED UP A NEW FORM OF COMMUNICATION BETWEEN CNPEM AND SOCIETY

en With the adaptations needed to ensure the safety of CNPEM's staff and partners, new forms of communication and interaction were established to make sure that training and extension activities continued as planned. Although in-person interactions were interrupted, the virtual events provided significant learning and a greater reach for the Center's events and workshops, making it easier for participants and lecturers around the world to participate.

DAY OF LIGHT

O CNPEM realizou, em 17 de maio de 2021, uma visita virtual guiada às instalações do Sirius, em comemoração ao Dia Internacional da Luz, celebrado anualmente em 16 de maio. Durante aproximadamente uma hora, os visitantes puderam conhecer o projeto e ver detalhes das primeiras estações experimentais do Sirius, que usam diferentes tipos de técnicas para desvendar a estrutura dos mais diversos materiais. A visita virtual contou com a presença do Ministro da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), Marcos Pontes, e teve transmissão ao vivo nos canais do YouTube do CNPEM e do MCTI. A programação também contou com a presença do Ministro da Saúde, Marcelo Queiroga. A visita foi noticiada em diversos veículos de ampla circulação, como TV Bandeirantes, G1, UOL, CanalTech, além de veículos locais. No canal do CNPEM no YouTube, a visita somou mais de treze mil visualizações.

Ao longo de 2021, 25 visitas virtuais ao vivo foram realizadas, atingindo quase dezoito mil pessoas. A experiência da visita foi avaliada como excelente por 84,6% dos participantes entrevistados. Throughout 2021, 25 live virtual visits were carried out, reaching almost 18,000 people. The visit experience was rated as excellent by 84.6% of respondents.

Se não podem vir ao CNPEM, o CNPEM vai até vocês If you can't come to CNPEM, CNPEM will come to you 88

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On May 17, 2021, CNPEM held a virtual guided tour at Sirius to celebrate the International Day of Light, which is celebrated each year on May 16. Over roughly an hour, visitors were able to learn more about the project and details of Sirius's first experimental stations, that use different types of techniques to reveal the structure of all types of materials. The virtual visit featured the presence of Minister of Science, Technology, and Innovation, Marcos Pontes, and was broadcast live on CNPEM and MCTI's YouTube channels. Also present was Minister of Health, Marcelo Queiroga. The visit was reported by various large-scale as well as local news sources including TV Bandeirantes, G1, UOL, and CanalTech. On CNPEM's YouTube channel, the tour received over thirteen thousand views.

Vocês estão me ouvindo? Você está mudo! Abriu aí? Essas falas talvez tenham sido as mais usadas nos anos de 2020 e 2021, com milhões de reuniões virtuais acontecendo diariamente no mundo todo.

Can you hear me? Your microphone is muted! Did it open? These may be some of the most commonly heard phrases of 2020 and 2021, as millions of virtual meetings were held every day around the world.

"Looking for security amid uncertainties. Reinventing ourselves, learning, and accepting the shift to the virtual format was crucial in the beginning. We were able to master virtual event platforms in a short time, which helped preparation and confidence during the process of planning and carrying out the new events. It was not easy, but instead a major challenge. When events are well organized they build identity and have a positive influence, facilitating communication between external and internal publics. But just transferring experience from face-to-face events to the virtual setting is not enough: the key word is adaptation. Social distancing has reinforced

O formato virtual pode ser um grande potencializador de comunicação e uma nova porta de entrada para conectar pesquisadores do Brasil e do mundo ao CNPEM The virtual format can be a communication enhancer and a new gateway to connect researchers from Brazil and the world to CNPEM

the importance of dialog between people, but the virtual setting confirmed that even behind screens, videos, buttons, and various tools, this can be possible when everyone wants

ADAPTAÇÃO

ADAPTATION

to make it happen. The virtual format can also be a great enabler, and a

Dos bastidores dos eventos virtuais

new gateway for domestic and inter-

Behind the scenes of virtual events

national participants. It was a privilege to work with pro-

"Buscar segurança em um cenário de incertezas. Se reinventar, aprender e aceitar a movimen-

fessionals at CNPEM who were willing to

tação para o formato virtual foi crucial no começo. Adquirimos conhecimento técnico sobre

improve and explore this “new world.”

plataformas de eventos virtuais em pouco tempo, isso ajudou no preparo e confiança durante o

Without this teamwork, CNPEM's suc-

processo de planejamento e execução dos novos eventos. Não foi fácil, mas um grande desafio.

cessful virtual events during recent

Os eventos constroem identidade e influenciam positivamente quando bem organizados,

years would not have been possible.

facilitam a comunicação entre o público externo e interno. Somente transferir as experiências

When in-person events are possible again, I believe there is a chance

do evento presencial para o virtual não é suficiente, adaptação é a palavra-chave. O distanciamento social reforçou a importância do diálogo entre as pessoas, mas o virtual

both modalities will be combined into

afirmou que mesmo atrás de telas, vídeos, botões e diferentes ferramentas, isso pode ser pos-

hybrid events that incorporate the

sível quando todos querem fazer acontecer. O formato virtual também pode ser um grande

best of both formats as an alternative

potencializador e uma nova porta de entrada de participantes nacionais e internacionais.

to engage and attract different audi-

Foi um privilégio trabalhar com profissionais no CNPEM dispostos a se aprimorar e a ex-

ences to the Center."

plorar esse “mundo novo”. Sem esse trabalho em equipe, o sucesso dos eventos virtuais dos últimos anos no CNPEM não seria possível. Quando o presencial for possível novamente, acredito que há chances de acontecer a soma dessas duas modalidades, os eventos híbridos extraem o melhor dos dois formatos, sendo uma alternativa para engajar e atrair diferentes públicos para o Centro."

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LUCAS DIAS

Assistente Administrativo no CNPEM CNPEM Administrative assistant at CNPEM

POR DENTRO DO CNPEM

ESTÃO VENDO MINHA TELA? | CAN YOU SEE MY SCREEN?

JOÃO CARLOS SETUBAL

Professor Titular, Universidade de São Paulo, Instituto de Química, Departamento de Bioquímica, Brasil Full Professor, University of São Paulo, Institute of Chemistry, Biochemistry Department, Brazil "I first got to know CNPEM during a visit to the researcher Mario Murakami, scientific director of the LNBR, in October 2018. It was a great visit: Mario offered us a tour of the facilities, which are first class. The campus is also very nice, with a number of lush trees. My experience participating in the online IBSB: Enzymes for Biorenewables event was excellent. The event was very well organized, and the lectures I attended were at a high level. The audience's participation was also very stimulating. But it must be said that an online event is not the same as a face-to-face event. In terms of on-paper (or on-screen!) programming there may not be

INTERAÇÃO

INTERACTION

much difference, but in terms

IBSB: Enzymes for Biorenewables IBSB: Enzymes for Biorenewables

of chances to interact with participants there is a world of difference. And it is precisely during these informal interactions (coffee breaks, for example) that a lot happens and many things are learned.

"Conheci o CNPEM em uma visita ao pesquisador

de possibilidades de interação com os participan-

Mario Murakami, do LNBR, em outubro de 2018.

tes há um mundo de diferença. E é justamente

So being unable to have

Foi uma ótima visita: Mario nos ofereceu um tour

nessas interações informais (durante pausas de

this interpersonal contact is a

pelas instalações, que são de primeira linha.

coffee break, por exemplo) que muita coisa acon-

great loss. But we shouldn't get

Além disso, o campus é muito agradável, com

tece e muita coisa se aprende.

too upset about this, since that

diversas árvores frondosas. Minha experiência

Então a impossibilidade de se ter esse conta-

is not the main comparison.

de participar do evento online IBSB: Enzymes for

to interpessoal representa uma grande perda.

During these pandemic times,

Biorenewables foi excelente. O evento foi muito

Mas não devemos nos lamentar, pois a compa-

the main comparison is wheth-

bem organizado, e as palestras as quais assisti

ração principal não é essa. Nestes tempos de

er you have an online event

foram de alto nível. A participação da audiência

pandemia, a comparação principal é entre ter

or have no event. And clearly,

também foi bastante estimulante.

um evento online ou não ter nenhum evento.

having an event is much better

Porém, é preciso dizer que um evento online

E claramente ter um evento é muito melhor do

than not having one. For this

não é a mesma coisa que um evento presencial.

que não ter. Por esse motivo, sou muito grato

reason, I am very grateful to

Em termos da programação no papel (ou na tela!)

aos organizadores do IBSB por terem tido a ini-

the IBSB organizers for taking

talvez não haja muita diferença, mas em termos

ciativa de oferecê-lo."

the initiative to offer it."

POR DENTRO DO CNPEM

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"Eu conheço pessoalmente o CNPEM há vários anos e mantenho colaboração com vários cientistas desse magnífico conjunto de Laboratórios Nacionais. A ciência que se faz no CNPEM é de altíssimo nível e os pesquisadores, na sua maioria jovens talentosos, são muito abertos e afeitos ao trabalho cooperativo. Isso agrega não só valor à ciência, mas também prazer em trabalhar conjuntamente. Esta 3ª edição do Workshop IBSB, tal como as que a antecederam, foi primorosa pelo elevado nível acadêmico e pela atmosfera informal o que muito contribuiu para que houvesse grande participação do público - não só como ouvintes, mas como participantes ativos e dispostos a perguntar e capazes de discutir sobre os diferentes tópicos sem aquela inibição que tanto se vê em boa parte dos eventos científicos. Muito disso se deveu ao excelente trabalho dos organizadores,

MUNIR SALOMÃO SKAF

que enfatizaram desde o início que "o negócio é conversar, participar e interagir" para que a ciência possa avançar melhor. O conjunto de palestrantes foi particu-

"I have been familiar with CNPEM for several years and I have been work-

larmente bem selecionado. Tivemos uma

ing with several scientists from this magnificent set of national laboratories.

excelente diversidade de temas e abran-

The scientific work that is being done at CNPEM is at the highest level, and

gência de técnicas, bem como de repre-

the researchers, mostly talented young people, are very open to and support-

sentatividade entre os palestrantes, o

ive of cooperative work. This not only adds value to the science, but makes it

que fez desse evento um dos melhores

enjoyable to work together.

que participei nos últimos tempos.

This third edition of the IBSB Workshop, like the previous ones, was out-

Evidentemente que uma conferência

standing for its high academic level and the informal atmosphere that en-

face-a-face tem suas vantagens no que

couraged the significant participation by the public: not only as listeners, but

se refere à interação com os pares. So-

as active participants, willing to ask questions and able to discuss the differ-

mos animais sociáveis por natureza, e

ent topics without the inhibition that is seen in many scientific events. Much

tomar um café em companhia enquanto

of this was due to the excellent work by the organizers, who emphasized from

se discute ciência não tem preço, mas o

the outset that "it’s all about talking, participating, and interacting" so that

formato digital não deixa a desejar no

science can move forward better. The group of speakers was especially well

quesito "palestras". A qualidade dos se-

chosen. There was wide variety of topics and scope of techniques, as well as

minários não é afetada e você ganha com

representativeness among the speakers, which made this event one of the

o alcance de público, que é muito supe-

best I have participated in recently.

rior no formato online. Você tem ainda a

A face-to-face conference obviously has its advantages in terms of peer

possibilidade de ter um palestrante do

interaction. We are social animals by nature, and having coffee together while

outro lado do mundo de maneira muito

discussing science is priceless, but the digital format does not leave anything to

conveniente e a custo zero. Eu particular-

be desired for lectures. The quality of the seminars is not affected and you gain

mente me adaptei bem ao estilo remoto

from the audience reached, which is much greater in an online setting. You also

para seminários e reuniões de grupo.

can have a speaker on the other side of the world, very conveniently and at zero

Estar vestido de bermuda e chinelo tem

cost. I personally have adapted well to the remote style for seminars and group

suas vantagens também."

meetings. Being able to wear shorts and flip-flops also has its advantages."

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Professor Titular, Universidade Estadual de Campinas,Center for Computing in Engineering and Sciences, Brasil Full Professor, University of Campinas, Center for Computing in Engineering and Sciences, Brazil

POR DENTRO DO CNPEM

ESTÃO VENDO MINHA TELA? | CAN YOU SEE MY SCREEN?

AVALIAÇÃO

EVALUATION

Workshop AgroEnviro

AgroEnviro Workshop

"Trabalho em um projeto de fitorremediação de solo contaminado com metais tóxicos, com o objetivo de reduzir a exposição de crianças ao chumbo. Mesmo baixos níveis de exposição podem causar danos neurológicos graves e, em alguns casos, irreversíveis. Técnicas baseadas em luz síncrotron são cada vez mais utilizadas em sistemas solo-planta para avaliar metais tóxicos com importantes aplicações nas ciências ambientais. O Workshop Agroenviro me ajudou a aprender sobre as técnicas inovadoras baseadas em luz síncrotron e suas aplicações em ciências ambientais. Além disso, o evento me deu a chance de conhecer novos pesquisadores que trabalham em temas semelhantes aos da minha área de atuação."

MARÍA FERNANDA MERA

Centro de Excelencia en Productos y Procesos (CEPROCOR), Argentina Center of Excellence in Products and Processes (CEPROCOR), Argentina

"I work on a phytoremediation project for soil contaminated with toxic metals, in order to reduce childhood lead exposure. Even

The AgroEnviro Workshop helped me learn about in-

low levels of exposure can cause severe and, in some cases, irre-

novative techniques based on synchrotron light and their

versible neurological damage. Techniques based on synchrotron

applications in environmental science. The event also gave

light are increasingly used in soil/plant systems to evaluate toxic

me the chance to meet new researchers who work on topics

metals, and have important environmental science applications.

similar to my line of work."

ENSINO SUPERIOR

Diálogos Ilum

HIGHER EDUCATION

Ilum Dialogs

Como forma de fundamentar e alimentar o processo de amadurecimento pedagógico, a Ilum promove um ciclo de discussões sobre temas ligados a ensino, ciência, tecnologia e inovação, os “Diálogos Ilum”. O evento é voltado para educadores, potenciais alunos e demais interessados por ciência e ensino. Em 2021 foram realizadas 30 palestras abordando temas como Aprendizagem Significativa, Metodologia “scale-up” de ensino, o papel dos cientistas na divulgação científica, contribuições da neurociência ao ensino, modelagem e experimentação no ensino de ciências, fenômenos e dispositivos quânticos, forma, função e informação na biologia, ambiente, história da ciência, matemática aplicada e lógica “fuzzy”, entre outros. As a way to support and feed the pedagogical maturation process, Ilum promotes a cycle of discussions on topics related to teaching, science, technology and innovation,“ Ilum Dialogues”. The event aims at educators, potential students and others interested in science and teaching. In 2021,

Um momento de trocas entre os vários públicos que compõem a Ilum foi essencial para o estabelecimento da identidade dessa iniciativa de ensino inovadora no País. A moment of exchange between the various audiences that make up Ilum was essential for establishing the identity of this innovative teaching initiative in Brazil

POR DENTRO DO CNPEM

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thirty lectures were held on topics such as Meaningful Learning, Scale-up teaching methodology, the role of scientists in scientific dissemination, contributions from the neuroscience to teaching, modelling and experimentation in science teaching, phenomena and devices particles, form, function and information in biology, environment, history of science, mathematics applied and "fuzzy logic", among others.

TRANSDISCIPLINARIDADE

TRANSDISCIPLINARITY

V Intronanotox "Tenho contato com os impactos da nanotecnologia no meio ambiente profissional desde 2017, por conta de grupo de estudos (depois convertido em grupo de trabalho). Já interagi com

ATUALIZAÇÃO UPDATE

X Proteomics Workshop

movimentos sociais, órgãos públicos (em especial o MCTI), pesquisadores, cientistas e juristas, com o desafio de garantir o

"Em minha função atual,

desenvolvimento sustentável, dentro da precaução e da consi-

dou suporte aos experi-

deração dos impactos, da regulação da nanotecnologia, com a

mentos de espectrome-

CARLO DE OLIVEIRA MARTINS

Pesquisador no John Innes Centre, Reino Unido Researcher at the John Innes Centre, United Kingdom

participação do público e da sociedade, mediante informação

tria de massas aos pes-

acessível à população.

quisadores do Norwich Research Park, bem como a

O evento ajudou muito, pois trouxe experiências e casos, re-

usuários externos. Além de uma grande variedade

velando forte preocupação com metodologia científica de susten-

de experimentos de proteômica, principalmente

tabilidade e proteção ambiental. Tive a possibilidade de receber

co-imunoprecipitação. Também trabalhamos com

conhecimento acessível por especialistas e pesquisadores reno-

pequenas moléculas.

mados, em especial sobre segurança ambiental e ocupacional."

Usei a instalação aberta de espectrometria de massas do LNBio durante todo o meu doutorado

"I have been in contact with the impacts of nanotechnology in the

para identificação de proteínas.

work environment since 2017, on behalf of a study group (which was

Eu sempre estou trabalhando com um proje-

later converted into a working group). I have interacted with social

to novo. Preciso sempre aprender novas técnicas

movements, public agencies (particularly the MCTI), researchers, sci-

para auxiliar os pesquisadores a responder suas

entists, and legal scholars, with the challenge of ensuring sustainable

perguntas científicas.

development amid precautions and considering the impacts of regu-

Sempre procuro participar dos Workshops do

lating nanotechnology, with participation from the public and society

LNBio, que trazem palestrantes influentes na área

at large through making information accessible to the population.

de proteômica. Temos a oportunidade de discutir e

The event helped a lot, because it provided experiences and case

aprender sempre algo novo em espectrometria de

studies, revealing significant concerns with the scientific methodol-

massas. O evento sempre traz o que há de mais mo-

ogy of sustainability and environmental protection. I was able to

derno em proteômica, que é um ramo em que as

become familiar with accessible data from renowned experts and

mudanças acontecem muito rapidamente."

researchers, especially on environmental and occupational safety." "In my current role, I provide support for mass spectrometry experiments to researchers at Norwich Research Park, as well as external users, in addition to a PATRICK MAIA MERÍSIO

Ministério Público do Trabalho - Grupo de trabalho: Nanotecnologia - Impactos na saúde e na segurança do trabalho Labor Prosecution Office Workgroup on Nanotechnology - Impacts on workplace health and safety

wide variety of proteomic experiments, mainly in co-immunoprecipitation. We also work with small molecules. I used LNBio's open mass spectrometry installation throughout my doctorate for protein identification. I'm always working on new projects; I always need to learn new techniques to help researchers answer their scientific questions. I always try to participate in the LNBio workshops, which bring in influential speakers from the area of proteomics. We have the opportunity to discuss and always learn something new in mass spectrometry. The event always presents the most recent developments in proteomics, an area in which changes occur very quickly."

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POR DENTRO DO CNPEM

SIRIUS

Detalhe do portaamostras da linha de luz Cateretê Detail of the sample holder of the beamline Cateretê

POR DENTRO DO CNPEM

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SIRIUS. CHEGOU A HORA DE BRILHAR SIRIUS: IT'S TIME TO SHINE. Já são seis estações de pesquisa entregues para a comunidade científica e tecnológica, que atualmente passam por fases finais de testes e otimizações.

Six research stations were delivered to the scientific and technological community, which are currently under the final phase of testing and optimization. 21/22

POR DENTRO DO CNPEM

SIRIUS

A PRIMEIRA ETAPA DE UMA LONGA JORNADA THE FIRST STEP OF A LONG JOURNEY

construção e operação de uma instalação de alta comple- e descobertas inéditas sobre estrutura microscópica de matexidade como um síncrotron de quarta geração são intrin- riais sintéticos e biológicos, que estão sustentando desenvolvisecamente desafiadores, sobretudo quando se pretende mentos tecnológicos valiosos para a sociedade. ocupar um lugar de destaque na Para os colaboradores do CNPEM, fronteira deste tipo de tecnologia. Pouque dedicaram suas vidas para que isso cos são os países que na sua história fosse possível, para as empresas parceiconseguiram reunir a visão científica de ras, que responderam vigorosamente às futuro e os recursos intelectuais e masuas missões tecnológicas de alta comteriais para enfrentar esta empreitada plexidade, e para a comunidade de ciên- haja vista que existem apenas três síncia e tecnologia nacional, que acreditou crotrons de quarta geração em operação e sempre apoiou o projeto Sirius, esse hoje no mundo, somados a outros poué um sonho que finalmente está se torcos em construção. nando realidade. Com as primeiras seis Mais ainda, se aliarmos esses delinhas em operação, estamos nos encasafios intrínsecos às agruras de uma minhando para o desafio de alcançar a pandemia, o Sirius representou um feito fronteira do conhecimento científico. único na história da ciência de luz sínPassaremos a realizar experimentos Por/By crotron mundial. Em pouco mais de dois inéditos, idealizados por pesquisadores HARRY WESTFAHL JR anos, saímos de um hall experimental de toda a comunidade científica, manpraticamente vazio e aceleradores em tendo, simultaneamente, os desafios de Diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, LNLS início de comissionamento para uma construção e comissionamento das próinstalação operacional, com seis linhas ximas oito linhas de luz. Ao concluirmos Director of the Brazilian Synchrotron de luz em comissionamento, recebendo esta primeira fase de implantação, preLight National Laboratory experimentos que já estão produzindo vista para 2023, terão sido disponibilipublicações científicas de alto impacto zadas quatorze linhas de luz e suas ins-

POR DENTRO DO CNPEM

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The construction and operation of a highly complex facility such as a fourth-generation synchrotron are intrinsically challenging, especially when one intends to occupy a prominent place on the frontier of this technology. Few countries have managed to bring together the scientific vision of the future and the intellectual and material resources to face this task. Only three fourth-generation synchrotrons are currently operating, adding a few others under construction, in the world. Furthermore, if we combine these challenges with the turbulence of a pandemic, Sirius represents a unique achievement in the history of the science of synchrotron light worldwide. In over two years, we came from a practically empty experimental hall to an operational facility, with six beamlines in commissioning and welcoming experiments already producing high-impact scientific publications, and unprecedented discoveries on microscopic structures of synthetic and biological matter, underpinning valuable technological developments for society. For CNPEM collaborators, who dedicated their lives to making this possible; for the partner companies, which responded vigorously to their highly complex missions; and for the Brazilian community in science and technology, which believed and always supported Sirius project, this is a dream that is finally coming true. With the first six beamlines in operation, we are heading towards the challenge of reaching the frontier of scientific knowledge. We will start to carry out unprecedented experiments, designed by researchers from across the scientific community while maintaining the challenges of construction and commissioning of the next eight beamlines. Upon completion of this first phase of implementation, scheduled for 2023, fourteen beamlines and their associated facilities will have been made available, within the characteristics foreseen in the project, which will lead Sirius to international competitiveness in instrumentation for synchrotron light. But, like UVX, the first Brazilian synchrotron whose construction paved the way for Sirius' development, this is just the first step in a journey spanning many decades. As we conclude this and the coming phases of implementation, carrying out increasingly innovative and revealing experiments on nature, we believe that we can go even further. Today, we dare to dream that a Nobel Prize for Brazilian science can come from the light of our star! en

Fase e Amplitude de resolução nanométrica de do padrão siemens star (artifício para testes de focalização) obtido na linha CATERETÊ. Phase and nano-resolution amplitude of a siemens star (formation used for focus tests) pattern obtained on the beamline CATERETÊ

O SIRIUS REPRESENTOU UM FEITO ÚNICO NA HISTÓRIA DA CIÊNCIA DE LUZ SÍNCROTRON MUNDIAL talações associadas, dentro das características previstas em projeto, o que levará o Sirius à competitividade internacional em instrumentação para luz síncrotron. Mas, a exemplo do UVX, o primeiro síncrotron brasileiro cuja construção pavimentou os caminhos do desenvolvimento do Sirius, essa é apenas a primeira etapa uma jornada de muitas décadas. Ao concluirmos esta e as próximas fases de implantação, realizando experimentos cada vez mais inovadores e reveladores sobre a natureza, acreditamos que podemos ir cada vez mais longe. Hoje, ousamos sonhar que um prêmio Nobel para a ciência brasileira possa vir da luz dessa nossa estrela!

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POR DENTRO DO CNPEM

SIRIUS

irius, a mais complexa infraestrutura de pesquisa brasileira, é uma ferramenta-chave para a investigação científica de ponta e para a busca de soluções para grandes desafios científicos e tecnológicos globais, em áreas como saúde, energia, materiais renováveis, meio ambiente, agricultura, tecnologias quânticas, entre muitas outras potenciais aplicações, com fortes impactos econômicos e sociais. Projetado e construído por brasileiros, e financiado pelo Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), Sirius é uma instalação aberta às comunidades científica e industrial, do Brasil e do mundo.

Sirius, Brazil's largest and most complex research infrastructure, is a key tool for cutting-edge scientific investigation and search for solutions to major global scientific and technological challenges, such as new drugs, fertilizers, renewable energy sources, and many other potential applications with strong economic and social impacts. Designed and built by Brazilians and funded by the Ministry of Science, Technology, and Innovation (MCTI), Sirius installations are open to the Brazilian and international scientific and industrial communities. en

PRIMEIRO ARTIGO PUBLICADO COM DADOS COLETADOS NO SIRIUS FIRST PAPER PUBLISHED WITH DATA COLLECTED AT SIRIUS DOI: 10.1016/j.jmb.2021.167118

ESTAÇÕES PARA PESQUISA DE PONTA

Nas estações de pesquisa do Sirius, também chamadas de linhas de luz, são realizados experimentos que permitem observar aspectos micro e nanoscópicos dos materiais, como os átomos e moléculas que os constituem, seus estados químicos e sua organização espacial, além de acompanhar a evolução no tempo de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem em frações de segundo. Batizadas com nomes da fauna e flora brasileiras, as linhas de luz do Sirius são planejadas para abrigar instrumentação científica avançada. Inicialmente, um conjunto de 14 linhas de luz foi planejado para cobrir uma grande variedade de programas científicos. Ao todo, Sirius poderá abrigar até 38 linhas de luz. Além de permitir experimentos extremamente avançados, Sirius irá proporcionar toda a infraestrutura necessária para que os pesquisadores realizem suas investigações. Para isso, laboratórios de apoio, instalados ao redor das linhas de luz, atenderão as demandas de usuários quanto ao preparo e condicionamento de amostras, realização de reações químicas controladas e uso de equipamentos eventualmente indisponíveis na instituição de origem do pesquisador.

PRIMEIROS EXPERIMENTOS

Em julho de 2020, pesquisadores do CNPEM realizaram os primeiros experimentos científicos do Sirius na linha de luz Manacá, a primeira estação a entrar em funcionamento, para avaliar a qualidade dos resultados gerados pela linha de luz. Uma das primeiras amostras analisadas foi a proteína 3CL do coronavírus SARS-CoV-2, que participa do processo de replicação do vírus dentro do organismo durante a infecção e é imprescindível para seu ciclo de vida. Em setembro, mesmo em fase de comissionamento científico e realizando experimentos ainda em condições limitadas, a Manacá foi disponibilizada para pesquisadores experientes em cristalografia de proteínas para que pudessem contribuir para entendimento molecular do coronavírus.

Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP), André Godoy e Aline Nakamura, foram os primeiros usuários externos da linha de luz Manacá e do Sirius. O coordenador da pesquisa, Glaucius Oliva, um dos pioneiros da área no Brasil, explica: “Para buscarmos ligantes que podem se conectar às proteínas do vírus, inibindo a sua atividade, precisamos de uma fonte de luz síncrotron. Neste sentido, o Sirius passa a ser um 'salto quântico' para a comunidade de cristalografia brasileira”.

ABERTURA PARA USUÁRIOS

Em 21 de outubro de 2020, o Governo Federal oficializou o início das pesquisas científicas na linha de luz Manacá e a estação de pesquisa passou a aceitar propostas de outros objetos de estudo, além das relacionadas à Covid-19. Mais tarde, em outubro de 2021, foi oficializado o início das pesquisas em cinco novas estações de pesquisa - Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê e Imbuia que passam a receber propostas de investigação de pesquisadores externos. Na ocasião, também foram entregues laboratórios de apoio e a unidade de processamento de dados, equipada com supercomputadores.

POR DENTRO DO CNPEM

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Interior da estação experimental EMA, direcionada para experimentos em condições extremas EMA beamline, targeting extreme conditions experiments

STATE-OF-THE-ART RESEARCH STATIONS In the Sirius research stations known as beamlines, experiments are carried out allowing us to observe nano and microscopic aspects of materials such as the atoms and the molecules they are made up of, their chemical states and spatial organization, as well as to monitor changes over time in physical, chemical, and biological processes that take place in fractions of a second. These beamlines are named after Brazilian fauna and flora, and are planned to house advanced scientific instrumentation. Initially, a set of 14 beamlines was planned to span a wide variety of scientific programs. Sirius can house up to 38 beamlines. In addition to allowing extremely advanced experiments, Sirius will provide all the necessary infrastructure for researchers to conduct their investigations. To do so, support laboratories installed around the beamlines will help meet user requirements related to preparing and conditioning samples, conducting controlled chemical reactions, and utilizing equipment that may be unavailable at the researcher's home institution.

PARA SABER MAIS TO LEARN MORE Webdocumentário “Sirius: Acelerando o futuro da Ciência” Web documentary “Sirius: accelerating the future of science”

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POR DENTRO DO CNPEM

SIRIUS

Parte do TEPUI, a nova unidade de processamento de dados do Sirius TEPUI, the new data processing unit at Sirius

LIVRO BOOK “Sirius: Acelerando o Futuro da Ciência" “Sirius: accelerating the future of science”

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POR DENTRO DO CNPEM

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FIRST EXPERIMENTS In July 2020, researchers from CNPEM carried out Sirius's first scientific experiments using the Manacá beamline, the first station to become operational, to assess the quality of its results. One experiment involved the 3CL protein of the SARSCoV-2 coronavirus, which is part of the virus's process of replication within the body during infection and is essential for its life cycle. In September, even though it still in the scientific commissioning phase and conducting out experiments on a limited basis, the Manacá beamline was made available to researchers experienced in protein crystallography, so they could help expand the molecular knowledge of the coronavirus. Researchers André Godoy and Aline Nakamura from the University of São Paulo (USP) were the first external users to work on Sirius and the Manacá beamline. Research coordinator, Glaucius Oliva, a pioneer in this area in Brazil, explained: “In order to search for ligands that can connect to the virus's proteins and inhibit their activity, we needed a synchrotron light source. In this sense, Sirius is a quantum leap for the Brazilian crystallography community.” INAUGURATION FOR USERS On October 21, 2020, Brazilian federal government formalized the start of scientific research using the Manacá beamline, and the research station began accepting proposals for research on other subjects besides Covid-19. Later, in October 2021, the commencement of research in five new research stations (Carnaúba, Cateretê, Ema, Ipê, and Imbuia) was also formalized; these new stations are now accepting research proposals from external researchers. At that time, support laboratories and the data processing unit equipped with supercomputers were also delivered.

Laboratório de Crescimento In-Situ In-situ Growth Laboratory Este laboratório oferece ferramentas para crescimento de materiais na forma de filmes finos, com controle de espessura no nível dos átomos e de forma altamente pura. Esses materiais podem ser utilizados em diversos dispositivos eletrônicos, mídias de disco rígido, baterias, entre outros. This lab provides tools to grow materials in the form of thin films, controlling thickness at the atomic level and in a highly pure form. These materials can be used in a variety of electronic devices, hard drive media, batteries, and more.

Laboratório de Condições Termodinâmicas Extremas Extreme Thermodynamic Conditions Laboratory Neste laboratório, amostras de materiais podem ser analisadas sob condições extremas, como altas e baixas temperaturas, altas pressões e campos magnéticos. Sob essas condições especiais, podem ser descobertos novos materiais, novos estados ou fenômenos exóticos da matéria. In this lab, material samples can be analyzed under extreme conditions such as high and low temperatures, high pressures, and magnetic fields. Under these special conditions, new materials, and new states or exotic phenomena of matter can be discovered.

Unidade de Processamento de Dados TEPUI TEPUI Data Processing Center Com supercomputadores batizados em homenagem a mulheres importantes como Enedina Alves Marques, Tarsila do Amaral e Rosalind Franklin, esta infraestrutura de ponta permite o tratamento rápido, amigável e flexível, do gigantesco volume de dados obtidos nas linhas de luz. This state-of-the-art infrastructure features supercomputers named after important women such as Enedina Alves Marques, Tarsila do Amaral, and Rosalind Franklin, and permits fast, user-friendly, and flexible processing of the huge volumes of data obtained from the beamlines.

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SIRIUS

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Carnaúba

Cateretê

Ema

Carnaúba poderá realizar análises

Cateretê é otimizada para a obten-

Ema permite a realização de expe-

dos mais diversos materiais na-

ção de imagens tridimensionais

rimentos em materiais submetidos

noestruturados, visando a obten-

com resolução nanométrica de ma-

a condições extremas de tempe-

ção de imagens 2D e 3D com reso-

teriais para as mais diversas aplica-

ratura, pressão ou campo magné-

lução nanométrica da composição

ções. Nas ciências biológicas, por

tico. O estudo da matéria nessas

e estrutura de solos, materiais bio-

exemplo, será possível visualizar as

condições permite investigar novos

lógicos e fertilizantes, por exemplo,

organelas dentro de uma célula e,

materiais como os materiais super-

além de outras investigações nas

com isso, inferir sobre efeitos es-

condutores, capazes de conduzir

áreas de ciências ambientais.

truturais e metabolismo celular.

correntes elétricas sem resistência.

The Carnaúba station can analyze a

The Cateretê station is optimized

The Ema research station allows ex-

wide variety of nanostructured ma-

for three-dimensional imaging with

periments on materials subjected to

terials to obtain 2D and 3D imaging

nanometric resolution of materials

extreme

with nanometric resolution of soil

for a broad array of applications. In

or magnetic fields. Studying matter

composition and structure and bio-

the biological sciences, for example,

under these conditions permits in-

logical materials and fertilizers, for

it can visualize the organelles within

vestigation of new materials such as

example, as well as other research in

a cell to investigate structural effects

superconductors that can conduct

the environmental sciences.

and cellular metabolism.

electrical currents without resistance.

POR DENTRO DO CNPEM

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temperatures,

pressures,

Ipê

Imbuia

Manacá

Ipê é dedicada a estudar a distri-

Imbuia é dedicada a experimentos

Manacá permite o estudo da estru-

buição dos elétrons em átomos e

utilizando a luz infravermelha, que

tura de proteínas e enzimas huma-

moléculas presentes em interfaces

permite a diferenciação entre os

nas e de patógenos com resolução

líquidas, sólidas e gasosas, e de

distintos grupos funcionais de mo-

micrométrica e submicrométrica,

como ela afeta as propriedades dos

léculas. Ela permite a análise com

capaz de guiar o desenvolvimento

materiais. Dessa forma, é possível

resolução nanométrica da compo-

de potenciais novos fármacos ou a

investigar catalisadores, células ele-

sição de praticamente qualquer

compreensão

troquímicas e materiais para o ar-

material, tanto sintéticos quanto

de fármacos já conhecidos para au-

mazenamento de energia e dados.

naturais, como os biológicos.

mentar sua efetividade.

The Ipê station is dedicated to studying

Imbuia is dedicated to experiments

The Manacá research station permits

the distribution of electrons in atoms

using infrared light, which makes

study of the structure of proteins and

and molecules present in liquid, solid,

it possible to differentiate between

enzymes from humans and patho-

and gaseous interfaces and how it af-

different functional groups of mol-

gens with micrometric and sub-mi-

fects the properties of these materials.

ecules. It permits analysis of almost

crometric resolution; this work can

In this way, it can be used to investigate

any material, synthetic, natural, or

help develop potential new drugs or

catalysts, electrochemical cells, and

biological, at nanometric resolution.

understand how known drugs work

materials for energy and data storage.

funcionamento

in order to boost their effectiveness.

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POR DENTRO DO CNPEM

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NANOTECNOLOGIA | NANOTECHNOLOGY

NANOTECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO, ENERGÉTICO E AMBIENTAL NANOTECHNOLOGY FOR TECHNOLOGICAL, ENERGY AND ENVIRONMENTAL DEVELOPMENT

NANOTECNOLOGIA MATERIAIS EM SUA ESSÊNCIA NANOTECHNOLOGY MATERIALS IN THEIR CORE POR/BY RODRIGO CAPAZ

Diretor do Laboratório Nacional de Nanotecnologia – LNNano Director of the Brazilian Nanotechnology National Laboratory

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POR DENTRO DO CNPEM

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Célula pulmonar expostas a nanopartículas de ouro, imagem obtida por microscopia óptica hiperespectral Lung cell exposed to gold nanoparticles, image obtained by hyperspectral optical microscopy

nanotecnologia consiste no conjunto de aplicações que derivam da possibilidade de manipular a matéria na escala do nanometro, ou seja, um bilionésimo do metro. Isto é bem próximo da escala das distâncias interatômicas na matéria. Em outras palavras, estamos falando da capacidade de estudar e manipular a matéria quase na escala atômica. Esta capacidade é uma das conquistas mais importantes da humanidade nos últimos anos e abriu as portas para possibilidades quase ilimitadas na busca de soluções tecnológicas para os problemas mais importantes do nosso planeta e para o desenvolvimento sustentável das sociedades. De fato, na miríade de comportamentos que as interações en-

en Nanotechnology consists of the set of applications that derive from the possibility of manipulating materials at the nanometer scale, that is, one billionth of a meter. This is very close to the scale of interatomic distances in the matter. In other words, we are talking about the ability to study and manipulate matter almost on the atomic scale. This ability is one of the most important achievements of humanity in recent years and has opened the door to almost limitless possibilities in the search for technological solutions to the most important problems on our planet and the sustainable development of societies. In fact, in the myriad of behaviours that the interactions between atoms and molecules offer us, solutions can be found for some of the central questions that we seek to solve, such as the search for new sources of renewable energy, the production of materials that are less aggressive to the environment, and the continued devel-

tre átomos e moléculas nos oferecem, podem-se encontrar soluções para algumas das questões centrais que procuramos resolver, tais como a busca de novas fontes de energia renováveis, a produção de materiais menos agressivos ao meio ambiente, e o desenvolvimento contínuo de computadores mais velozes e mais poderosos. Na virada do século, percebendo a nanotecnologia como uma área estratégica, diversos países criaram iniciativas nacionais para fomentar esta área. O Brasil se juntou desde cedo a este esforço colaborativo, de viés verdadeiramente mundial, e também desenvolveu um conjunto de ações para impulsionar a nanociência e a nanotecnologia. Hoje, o CNPEM desempenha um papel de destaque na pesquisa e desenvolvimento da nanotecnologia no Brasil e na América Latina. Com suas instalações abertas aos usuários externos, provemos o acesso a uma infra-estrutura de pesquisa diferenciada a todos que tenham uma boa ideia para explorar a matéria na escala nano, mas que muitas vezes não dispõem dos meios para executá-la em suas instituições. De forma muito semelhante ao que ocorreu no passado recente com a nanotecnologia, diversos países do mundo estão desenvolvendo suas “iniciativas quânticas”, ou seja, programas integrados de P&D para dar um salto qualitativo na área de Tecnologias Quânticas, um dos temas estratatégicos de pesquisa no CNPEM. E em diversas vertentes das Tecnologias Quânticas, avanços na nanotecnologia se tornam cada vez mais necessários, pois permitem um controle cada vez mais fino da matéria. Em muitos casos, necessitamos controlar a matéria não na escala atômica, mas na escala dos elétrons individuais, através de seus atributos (como carga e spin), onde os efeitos quânticos são dominantes. A integração de pesquisadores, engenheiros e técnicos com vasta experiência e recursos disponíveis para manipulação

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POR DENTRO DO CNPEM

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NANOTECNOLOGIA | NANOTECHNOLOGY

O CNPEM busca incessantemente o estado-da-arte de nossas Tecnologias Habilitadoras e Transversais (como microscopias, fabricação de micro e nanodispositivos, teoria e ciência de dados) CNPEM relentlessly seeks the state-of-the-art of our Enabling and Transversal Technologies (such as microscopy, micro and nanodevice fabrication, theory and data science)

e compreensão da matéria, e suas interações nas menores escalas está presente no CNPEM e faz-se essencial para colocar o Brasil neste novo cenário científicos e tecnológicos.

LNNANO EM NOVA FASE

Entrando em uma nova fase, o Laboratório Nacional de Nanotecnologia, o LNNano passou para uma nova direção em 2021, e reorganizou sua estrutura funcional em 3 Divisões (Nanomateriais, Dispositivos e Nanobiotecnologia), cada qual com o seu conjunto de Laboratórios. Com os recursos previstos do FNDCT para o ano de 2022, será possível realizar investimentos significativos, sólidos e sustentáveis na ampliação da capacidade de contribuir para os diversos programas de P&D do CNPEM.

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POR DENTRO DO CNPEM

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opment of faster and more powerful computers. At the turn of the century, realizing nanotechnology as a strategic area, several countries created national initiatives to promote this area. Brazil joined early on in this collaborative effort, with a truly global bias, and also developed a set of actions to boost nanoscience and nanotechnology. Today, CNPEM plays a leading role in the research and development of nanotechnology in Brazil and in Latin America. With its facilities open to external users, we provide access to differentiated research infrastructure to all those who have a good idea to explore the matter at the nanoscale, but who often do not have the means to execute it in their institutions. In a very similar way to what happened in the recent past with nanotechnology, several countries around the world are developing their “quantum initiatives”, that is, integrated R&D programs to make a qualitative leap in the area of Quantum Technologies, one of the strategic research themes. at CNPEM. And in several aspects of Quantum Technologies, advances in nanotechnology become increasingly necessary, as they allow increasingly fine control of matter. In many cases, we need to control matter, not at the atomic scale, but the scale of individual electrons, through its attributes (such as charge and spin), where quantum effects are dominant. The integration of researchers, engineers and technicians with vast experience and available resources for handling and understanding matter, and their interactions at the smallest scales is present at CNPEM and is essential to place Brazil in this new scientific and technological scenario. LNNANO IS IN A NEW PHASE Entering a new phase, the Brazilian Nanotechnology National Laboratory, LNNano moved to a new direction in 2021 and reorganized its functional structure into three Divisions (Nanomaterials, Devices and Nanobiotechnology), each with its set of Laboratories. With the resources provided by the FNDCT for the year 2022, it will be possible to make significant, solid and sustainable investments in expanding the capacity to contribute to the various R&D programs of CNPEM.

NOVO DIRETOR

NEW DIRECTOR

Como físico, o que o atraiu para o campo da nanotecnologia? TIve minha formação na área de Física da Matéria Condensada, uma área da Física que também busca o entendimento da matéria a partir dos seus constituintes fundamentais, e portanto já faz uma interface natural com a nanotecnologia. Assim, quando surgiu o grande “boom” da nanotecnologia na virada do século, foi um direcionamento natural caminhar para esta área. Como desenvolveu seu conhecimento e experiência neste cam-

Professor Rodrigo Capaz inicia nova década do Laboratório Nacional de Nanotecnologia. Professor Rodrigo Capaz opens the next decade for the Brazilian Nanotechnology National Laboratory

po científico? Ao longo dos anos, trabalhei principalmente com nanomateriais de

Rodrigo Capaz é bacharel em física pela Pontifícia

carbono (como grafeno e nanotubos de carbono), mas também com

Universidade Católica do Rio de Janeiro, mestre em

outros materiais 2D, nanoestruturas semicondutoras e dispositivos or-

física pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de

gânicos, sempre tentando construir pontes entre teoria e experimen-

Janeiro e Ph.D. em física pelo Massachusetts Institute

to. Sou físico teórico por formação, mas gosto bastante de interagir

of Technology. É Professor Titular cedido do Instituto

com os pesquisadores experimentais.

de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e pesquisador 1A do CNPq e foi pesquisador

Quais são seus desafios e expectativas como novo diretor de um

visitante na U. C. Berkeley em dois períodos (2003-

dos Laboratórios Nacionais do CNPEM?

2005 e 2009-2010) e, no LNNano, entre 2020 e 2021.

É um privilégio estar no CNPEM no momento atual e está sendo muito

Dentre suas atuações como gestor, foi coordena-

gratificante e prazeroso participar das discussões sobre a política cien-

dor do Laboratório de Nanometrologia Teórica do

tífica do Centro. Espero poder contribuir para que o LNNano continue

Inmetro, membro do Comitê de Assessoramento

buscando a excelência em todos os seus eixos de atuação.

de Física e Astronomia do CNPq, membro da IUPAP Comission C8 (Semiconductor Physics), membro e em

As a physicist, what attracted you to the field of nanotechnology?

seguida presidente da Comissão de Área de Física

I had my training in the area of Condensed Matter Physics, an area of Physics

da Matéria Condensada e Materiais da Sociedade

that also seeks to understand matter from its fundamental constituents, and

Brasileira de Física. Capaz é atualmente Vice-Presi-

therefore already makes a natural interface with nanotechnology. So, when

dente da Sociedade Brasileira de Física.

the great nanotechnology “boom” appeared at the turn of the century, it was a natural direction to move into this area.

Rodrigo Capaz holds bachelor's and master's degrees in physics from the Pontifical Catholic University of Rio de

How did you develop your knowledge and experience in this scientific field?

Janeiro and a Ph.D. in physics from the Massachusetts

Over the years I have worked mainly with carbon nanomaterials (like

Institute of Technology. He was a full professor at the

graphene and carbon nanotubes), but also with other 2D materials, semi-

Federal University of Rio de Janeiro's Institute of Physics,

conductor nanostructures and organic devices, always trying to build

is a 1A researcher with CNPq, and was a visiting research-

bridges between theory and experiment. I am a theoretical physicist by

er at U. C. Berkeley and LNNano between 2020 and 2021.

training, but I enjoy interacting with experimental researchers.

Among his management experience, he was coordinator of Inmetro's Theoretical Nanometrology Laboratory, a

What are your challenges and expectations as the new director of one

member of the CNPq Physics and Astronomy Advisory

of CNPEM's National Laboratories?

Committee, member of the IUPAP Commission on Semi-

It is a privilege to be at CNPEM at the moment and it has been very gratify-

conductors (C8), member and then President of the Con-

ing and pleasant to participate in the discussions on the scientific policy of

densed Matter Physics and Materials Committee of the

the Center. I hope to be able to contribute to LNNano's pursuit of excellence

Brazilian Society of Physics. Capaz is currently Vice Pres-

in all its areas of activity.

ident of the Brazilian Society of Physics.

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POR DENTRO DO CNPEM

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INOVAÇÃO | INNOVATION

EM 2020 E 2021 O CNPEM CONTINUOU SEU TRABALHO DE APOIO À INOVAÇÃO DE EMPRESAS E MANTEVE A PROXIMIDADE COM O MERCADO. IN 2020 AND 2021 CNPEM CONTINUED ITS WORK SUPPORTING CORPORATE INNOVATION, MAINTAINED ITS PROXIMITY TO THE MARKET

PHOTO BY ALEX WONG FOR UNSPLASH

en Activities in the area of Innovation at CNPEM are organized into four fronts:

SUPPORT FOR THE NATIONAL LABORATORIES IN PROTECTING AND LICENSING THE INTELLECTUAL PROPERTY GENERATED BY CNPEM'S RESEARCH.

Prospecting, negotiating, and monitoring research projects in collaboration with the business sector.

SUPPORT FOR COMPANIES THAT WISH TO HIRE TECHNOLOGY SERVICES.

Apoio à inovação Supporting innovation A atividade na área de Inovação do CNPEM está organizada em quatro vertentes:

APOIO AOS LABORATÓRIOS NACIONAIS NA PROTEÇÃO E NO LICENCIAMENTO DA PROPRIEDADE INTELECTUAL GERADA PELAS PESQUISAS DO CNPEM;

Prospecção, negociação e acompanhamento do desenvolvimento de projetos de pesquisa em colaboração com o setor empresarial;

APOIO A EMPRESAS QUE DESEJAM CONTRATAR PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS TECNOLÓGICOS;

Monitoramento de tendências tecnológicas e de mercado, de modo a dar mais assertividade aos esforços de licenciamento e à busca de parceiros, assim como retroalimentar as pesquisas realizadas pela instituição.

Em 2020, o CNPEM atingiu um recorde histórico de proteção de propriedade intelectual, o que contribuiu para que o centro configurasse, pela primeira vez, no ranking das 50 organizações brasileiras que mais depositaram pedidos de patentes no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI) no ano. O objetivo do CNPEM na proteção de propriedade intelectual é ser criterioso e proteger apenas tecnologias com elevado potencial de mercado, a fim de viabilizar a transferência para empresas e utilização pela sociedade. Apesar de o ritmo de contratação de novos projetos de P&D com a indústria ter reduzido na pandemia, em decorrência das incertezas sobre a retomada e retração econômica, houve maior aproximação com startups e diversificação de empresas parceiras. O Centro firmou, inclusive, cooperação com três startups na área de biotecnologia aplicada à saúde. Conheça a atual Vitrine Tecnológica da área de Apoio à inovação do CNPEM, e entre em contato através do email inovacao@cnpem.br

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POR DENTRO DO CNPEM

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Monitoring technological and market trends to more assertively pursue licensing efforts and the search for partners, as well as to obtain feedback on the research carried out by the institution. In 2020, CNPEM broke its record for intellectual property protection, which contributed to the Center's first appearance in the ranking of the top 50 Brazilian organizations that filed the most patent applications with the National Institute of Industrial Property (INPI) that year. CNPEM's objective in protecting intellectual property is to be judicious and protect only technologies with high market potential, in order to allow transfer to companies and use by society. Although industrial contracting of new R&D projects has slowed during the pandemic period, due to uncertainties about economic recovery and retraction, CNPEM have made more approaches to startups and in diversification of partner companies. The Center has also established cooperation agreements with three startups in the field of biotechnology applied to health. Check out the current Technological Showcase for CNPEM's Innovation Support area, and contact the Innovation team at inovacao@cnpem.br

O Centro atingiu um recorde de número de patentes, encontrando novas formas de levar a pesquisa de excelência realizada em parcerias em busca de benefícios sociais, e absorvendo cada demanda como um desafio a ser desvendado para todos.

The Center attained a record number of patents, finding new ways to involve the top-level research conducted in partnership in benefits for society, and absorbing each demand as a challenge.

Conversão de óleo de macaúba em bioprodutos

Converting macauba oil into bioproducts

Processo de conversão de óleo de macaúba utilizando uma lipase para produção de biohidrocarbonetos.Utiliza matérias-primas de fonte renovável e tem como vantagens a resistência a solventes orgânicos, meios ácidos e altas temperaturas. The process of converting macauba oil using a lipase to produce biohydrocarbons uses raw materials from a renewable source; advantages include resistance to organic solvents, acidic environments, and high temperatures.

Método enzimático para preparação de alceno monoinsaturado

Enzymatic method for preparing monounsaturated alkene Método enzimático para preparação de alceno monoinsaturado a partir de um peptídeo com um ácido graxo. Permite a geração de alquenos úteis na produção de biocombustíveis, intermediários e produtos bioquímicos. Tem como principal vantagem a redução de custo, pois a atividade enzimática ocorre em ampla faixa de temperatura e ph, permitindo o emprego de apenas uma etapa de conversão. This enzymatic process to prepare monounsaturated alkene from a peptide with a fatty acid can generate alkenes to use in the production of biofuels, intermediates, and biochemicals. The main advantage is lower cost, since enzymatic activity occurs at a wide range of temperatures and pH levels, allowing the use of only one conversion step.

Coquetel enzimático para produção de etanol 2G Enzyme cocktail for 2G ethanol production Método de produção de coquetel enzi-

Enzyme cocktail production onsite

mático onsite para geração de etanol

method for second-generation (2G)

de segunda geração (2G). É um método

ethanol production. It is a sustaina-

sustentável, pois utiliza resíduos do pro-

ble method since it uses waste from

cesso produtivo, como bagaço e palha

production, such as bagasse and

de cana-de-açúcar, por exemplo. Seu de-

straw sugarcane. The performance

sempenho é aproximadamente 50% su-

is approximately 50% higher than

perior às opções comerciais importadas.

imported trade options.

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POR DENTRO DO CNPEM

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INOVAÇÃO | INNOVATION

Um adesivo. Diferentes soluções

One adhesive, different solutions

Adesivo de contato base água formulado a partir de matérias-primas renováveis para aplicação em diferentes tipos de materiais. Permite a adesão entre diferentes tipos de substrato (metais, madeiras, papel e polímeros, dentre outros). Além de ser livre de solventes orgânicos, não necessita de cura por temperatura ou pressão. This water-based contact adhesive formulated from renewable raw materials can be used on different types of substances and allows adhesion between them (such as metal, wood, paper, and polymers, for example). Not only is it

Coquetel enzimático para degradação de plásticos

Enzymatic cocktail for to degrade plastics Coquetel enzimático para decomposição

This enzymatic cocktail to decompose poly-

de polímeros, resistente a altas tempera-

mers is resistant to high temperatures and

turas e não necessita de uso concomitante

does not require concurrent use of addi-

de enzimas adicionais. Seu uso favorece a

tional enzymes. The use of this compound

economia circular e pode ter várias apli-

favors the circular economy; it may be ap-

cações, como: tratamento de resíduos e

plied in various areas, including waste and

efluentes e recuperação de precursores

effluent treatment and recovering precur-

para síntese de novos polímeros em dife-

sors to synthesize new polymers in different

rentes segmentos da indústria.

segments of the industry.

Material condutor sustentável para aquecimento e sensoriamento

free of organic solvents, it does not require temperature or pressure curing.

Microrreator de bambu capaz de executar reações orgânicas de diferentes tipologias. Em sua produção, utilizam-se matérias-primas de fonte renovável e de baixo custo.

Sustainable conducting material for heating and sensor applications

This bamboo microreactor is capable of performing various types of organic reactions, and is produced using renewable, low-cost raw materials.

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Biovidro

Bioglass

Processo de obtenção: celulose nanofibrilada

Process of producing nanofibrillated cellulose

Processo de obtenção de celulose nanofibrilada a partir de bagaço de cana-de-açúcar, sem tratamento mecânico. Permite a redução do custo energético com o processamento mecânico e o material obtido apresenta características únicas provenientes da nanoescala. Composto indutor de crescimento ósseo a base de vidro bioativo e celulose. Além de

This

ser biocompatível, apresenta propriedades mecânicas apropriadas para aplicação

nanofibrillated cellulose from

process

no estímulo à regeneração óssea em caso de lesões. Em sua produção são utilizadas

sugarcane

matérias-primas de fonte renovável.

mechanical treatment involves

bagasse

obtaining without

lower energy costs related to Compound made of bioactive glass and cellulose induces bone growth. Not only is it bio-

mechanical processing, and

compatible, but it also offers appropriate mechanical properties for application in induc-

yields material with unique

ing bone regeneration to treat injuries. It is made from renewably sourced raw materials.

nanoscale characteristics.

Chip para diagnóstico de câncer Chip for cancer diagnosis

Equipamento para teste rápido e com alta sensibilidade para diagnóstico de alguns tipos de câncer, por exemplo, o de mama, por meio de soro sanguíneo humano. Além de permitir testes rápidos, é reutilizável e apresenta baixo custo de produção. Fast and highly sensitive testing equipment for diagnosing some types of cancer (such as breast cancer) using human blood serum. Not only does it permit rapid testing, it is reusable and economical to produce.

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POR DENTRO DO CNPEM

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INOVAÇÃO | INNOVATION

Sistema para destilação fracionada miniaturizado Miniature system for fractional distillation

Dispositivo para destilação fracionada de pequenos volumes. Permite análises mais rápidas, diminui a geração de resíduo, além de permitir uma economia em função das pequenas quantidades de amostra que são necessárias para as análises. This device for small-volume fractional distillation allows faster analysis, generates less waste, and also leads to savings due to the small amounts of sample required for analysis.

Fertilizante a base de biocarvão

Biocharcoal-based fertilizer

Biofertilizante feito a partir de biomassa que apresenta complementação, ajuste, balanceamento, reposição de nutrientes gradualmente e mantém a umidade do solo de forma prolongada. This biofertilizer made from biomass supplements, adjusts, balances, and replaces nutrients gradually and keeps moisture in the soil for a prolonged period.

Processo de separação de compostos aromáticos

Compound process for separating aromatics Processo de separação de compostos aromáticos a partir de resíduos agroindustriais, como o bagaço de cana-de-açúcar, por exemplo. Nesse processo há potencialização de características dos compostos, tais como, propriedades fotoprotetoras, antioxidantes e imunomoduladoras, que podem ser aplicadas na indústria, em segmentos como o de alimentos, farmacêutico e cosmético. This process for separating aromatic compounds from agricultural processing waste such as sugarcane bagasse potentiates characteristics of these compounds such as photoprotective, antioxidant, and immunomodulating properties that can be applied in industrial segments such as food, pharmaceuticals, and cosmetics.

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POR DENTRO DO CNPEM

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Vofet transistores orgânicos de efeito de campo com arquitetura vertical

Espumas verdes

Green foams

Espumas ambientalmente amigáveis, formuladas a partir de matérias-primas renováveis para descontaminação

Vertical organic field-effect transistors (VOFET)

ambiental, com rápida absorção de diferentes compostos aromáticos, como solventes orgânicos, silicones, óleos vegetais ou óleos sintéticos.

Dispositivo para uso em sensores do tipo transis-

These environmentally friendly foams are

tor orgânico de efeito ver-

formulated from renewable raw materials

tical, que detecta mínimas diferenças dos parâmetros de sensoriamento e permite a fabricação de componentes flexíveis. This device for use in vertical

Micromolde - Imitando a superf cie da pele

for environmental decontamination, with rapid absorption of different aromatic compounds, such as organic solvents, silicones, vegetable oils, or synthetic oils.

Micromold - Imitating the skin's surf

effect organic transistor-type sensors detects minimal dif-

Molde de simples construção reutilizável,

ferences in sensing parame-

similar a um carimbo, para transferência

ters and allows the manufac-

do relevo de tecidos biológicos, a fim de

ture of flexible components.

promover a adesão celular. Possui versatilidade ao possibilitar todo o processo de crescimento celular em uma única etapa. This easy-to build, reusable stamp-like mold transfers relief from biological tissues in order to promote cellular adhesion; it offers versatility in enabling the entire cellular growth process in a single step.

Emulsão com nanocelulose

Emulsion with nanocellulose

Agente físico a base de nanocelulose,

This nanocellulose-based physical

produzido a partir de matérias-primas

agent produced from renewable raw

de fontes renováveis, que estabiliza

materials to stabilize emulsions with

emulsões com diferentes proporções

different proportions of water and

de água/óleo e possuí grande aplica-

oil offers broad potential for applica-

ção nas indústrias cosmética, farma-

tions in the cosmetics, pharmaceuti-

cêutica e alimentícia.

cal, and food industries.

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POR DENTRO DO CNPEM

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ROTINA | ROUTINE

DIÁRIOS DA PANDEMIA PANDEMIC DIARIES 114

POR DENTRO DO CNPEM

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Prof. Ricardo Rodrigues, a principal avenida do campus do CNPEM, sem movimento durante a pandemia. Prof. Ricardo Rodrigues, the main street of CNPEM campus, with no traffinc during the pandemic

Parecia ser algo passageiro, e com otimismo nos isolamos, adaptando as rotinas e aprendendo a ficar em casa. Novas receitas, velhas séries, arrumações há tempos postergadas...muito trabalho. It seemed like something that would pass, and we optimistically isolated ourselves, adapting our routines and learning to stay home. New recipes, old TV series, doing cleanup we had put off for a long time...a lot of work. en

Os últimos dois anos foram desafiadores para todos. Transformações aconteceram não só nos ambientes de trabalho, mas nas vidas e no dia a dia das pessoas. Como foi para alguns colaboradores do CNPEM? The past two years were challenging for everyone. Transformations occurred not just in the work environment, but in everyone's lives and daily routines. Here's what it was like for some CNPEM staff. 21/22

POR DENTRO DO CNPEM

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ROTINA | ROUTINE

Cozinhar, pedalar, repensar: hábitos adquiridos no confinamento ajudam a superar momentos sens veis Cooking, cycling, reconsidering: habits acquired during quarantine help overcome sensitive moments Na Planta Piloto Para Desenvolvimento de Processos

Cena raríssima: o ambiente é conhecido pelos caracte-

(PPDP) – instalação para escalonamento de tecnologias,

rísticos aromas de fermentação e hidrólise, pelo som

as atividades foram interrompidas e o silêncio imperou.

da ponte rolante, pelos "beeps" da instrumentação au-

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POR DENTRO DO CNPEM

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tomatizada e pelos sopros da pesada maqui-

simulam e calculam os impactos dos desen-

naria que opera sob pressão. A PPDP se calou

volvimentos tecnológicos produzidos no La-

e, como cada um de nós, sentiu a pandemia.

boratório. A Planta Piloto é o ambiente que

Colaborador do CNPEM desde 2011, Mai-

transforma realizações feitas em nível labo-

ko Carlos de Barros, é analista de desenvol-

ratorial em processos de larga escala, e con-

vimento tecnológico em instrumentação na

verte experimentos de pequenas dimensões

PPDP e experimentou a sensação do afasta-

em grandes volumes, unindo a expertise e a

mento do local de trabalho. “A Planta parou

sensibilidade da equipe para lidar com garga-

quando houve o lockdown. Ninguém sabia

los e desafios do escalonamento. Maiko e o

o que estava acontecendo porque tudo era

time de técnicos, analistas e especialistas da

muito inédito. Depois de um mês o CNPEM

PPDP trabalham em sincronia, em três tur-

estabeleceu critérios rigorosos e começamos

nos, e permitem o funcionamento eficiente e

a retomar algumas atividades e entregas es-

ininterrupto de grandes projetos de interesse

senciais”, lembra Maiko. “O CNPEM ofereceu

global – até mesmo em uma pandemia.

condições para que os colaboradores pudessem voltar com segurança”, afirma.

Os projetos vão desde o desenvolvimento de tecnologias e microrganismos para

Como muitos, Maiko se viu confinado

conversão de resíduos da agroindústria em

e, consequentemente, com mais tempo à

biocombustíveis, à utilização de matérias-pri-

disposição. Dispensado da necessidade de

mas renováveis para a produção de bioma-

se deslocar diariamente, realocou as horas

teriais (plásticos e polímeros, por exemplo)

adicionais a outras atividades para se ocu-

e bioprodutos (como ácidos e solventes). As

par e afastar a enxurrada de notícias ruins

etapas críticas que permeiam a transforma-

que chegavam por todos os lados, da TV

ção da indústria em direção a um planeta

ao celular. Em casa, com a esposa e o casal

com emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE)

de filhos, botou em prática os dotes culiná-

mais controladas, passam pelo CNPEM.

MAIKO CARLOS DE BARROS

rios. A empreitada se provou bem-sucedi-

As emissões de GEE, a propósito, caíram

da e os resultados foram sentidos no cor-

cerca de 7% durante a pandemia. Com des-

Analista de Desenvolvimento Tecnológico Technological Development Analyst

po, com quilinhos adicionais aparecendo

locamentos menos frequentes, a queda foi

aqui e acolá. “Em poucas semanas foram

uma das mais significativas da história se-

dois quilos”, diverte-se.

gundo estudo publicado na Nature Climate

O raro silêncio tornou-se rotina na Planta Piloto Para Desenvolvimento de Processos (PPDP) – instalação para escalonamento de tecnologias The rare silence turned to rotine at thePilot Plant for Process Development (PPDP), an installation for scaling the technologies

“Notei o aumento de peso e ir para acade-

Changes (https://www.nature.com/articles/

mia era uma alternativa completamente fora

s41558-021-01001-0). Para Maiko, em certo

de cogitação”, conta. Foi então que Maiko

momento a volta ao trabalho foi iminente e

recebeu o convite de outro colega da PPDP

“a bicicleta me permitiu praticar o distancia-

para pedalar. “O Carlinhos [Carlos de Olivei-

mento social, manter em dia os exercícios e

ra Filho, coordenador da PPDP] me chamou

realizar deslocamentos rapidamente”, con-

para andar de bicicleta e eu topei. Pedala-

ta. “Acima de tudo, a bike foi a oportunidade

mos por cidades vizinhas, como Pedreira e

ideal para que eu pudesse incorporar os va-

Holambra, e percebi que gostava daquilo.

lores de sustentabilidade que eu já pratica-

Era um escape e um exercício ao mesmo

va no CNPEM”, afirma o analista que desde a

tempo”. O que começou como passeios des-

retomada segura de parte das atividades no

pretensiosos acabou se tornando mais do

CNPEM, em 2020, faz o trajeto casa-trabalho

que um meio de transporte e deu o estalo do

em uma "magrela" – ao todo, são quarenta

que seria uma mudança de paradigma.

quilômetros por dia. “E doze quilos a me-

Abraçando a sustentabilidade A sustentabilidade é um dos fios conduto-

nos”, completa com bom humor. en In the Pilot Plant for Process Development

res das pesquisas desenvolvidas no CNPEM.

(PPDP), an installation for scaling the technol-

Equipes dedicadas a análises de ciclo de vida,

ogies, activities were interrupted and silence

avaliações tecnológicas e ecossistêmicas

prevailed. It was an exceedingly rare scene:

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POR DENTRO DO CNPEM

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ROTINA | ROUTINE

this environment is known for its characteristic

Holambra, and I realized I enjoyed it. It was an

smells of fermentation and hydrolysis, the sound

escape and exercise at the same time.” What be-

of the bridge crane, the beeping of the automated

gan as unassuming trips became more than just

instrumentation, and the spraying sounds of the

a means of transport, and triggered what would

heavy machinery that operates under pressure.

be a paradigm shift for Maiko.

The PPDP fell silent, and like each one of us, experienced the effects of the pandemic.

Embracing sustainability

Maiko Carlos de Barros, has been a techno-

Sustainability is one of the topics involved in

logical development analyst in instrumentation

many of the studies conducted at CNPEM. Teams

at the PPDP since 2011, and felt the emotions of

dedicated to life cycle analyses and technological

having to leave his work. “The plant stopped when

and ecosystem assessments simulate and cal-

lockdown began. Nobody knew what was happen-

culate the impacts of the technological develop-

ing because everything was so unprecedented.

ments produced in the Laboratory. The pilot plant

After a month, CNPEM established strict criteria

is the environment that transforms achievements

and we began to resume some essential activities

made at the laboratory level into large-scale pro-

and deliveries,” he recalls. “CNPEM made it possi-

cesses, and converts small-scale experiments into

ble for staff to return safely,” he says.

large volumes, bringing together the team's ex-

Like many, Maiko found himself confined with

pertise and sensibility to address bottlenecks and

more free time. Without the need to commute ev-

challenges related to scale. Maiko and the team

ery day, he found other activities to occupy himself

of technicians, analysts, and experts at the PPDP

during these extra hours and to stem the tide of bad

work in synchrony over three shifts to comprise

news that arrived from all sides, from TV to the cell

the mechanism that allows smooth, uninterrupt-

phone. At home, with his wife and two children, he

ed operation of large projects of global interest

put his culinary skills to practice. These efforts were

— even during a pandemic.

successful and led to some physical results, with a

The projects range from developing technol-

few extra kilograms appearing here and there. “In

ogies and microorganism to convert waste from

just a few weeks I gained two kilos,” he jokes.

agricultural industry into biofuels to using renew-

“I noticed the weight gain, and going to the

able raw materials to produce biomaterials (plas-

gym was completely out of the question,” he

tics and polymers, for example) and bioproducts

says. It was then that Maiko received an invita-

(such as acids and solvents). The critical steps

tion from another PPDP colleague to go cycling.

required to transform manufacturing toward

“Carlinhos [Carlos de Oliveira Filho, the PPDP

a planet with more controlled greenhouse gas

coordinator] invited me to go riding and I went.

(GHG) emissions pass through CNPEM.

We biked to neighboring towns like Pedreira and

Florian lidera a estação de pesquisa Cateretê Florian leads the Cateretê research station

GHG emissions, by the way, fell by 7% during the pandemic. With less frequent travel, this drop was one of the most significant in history according to a study published in Nature Climate Change (https://www.nature.com/articles/s41558-021-

A sustentabilidade é um dos fios condutores das pesquisas desenvolvidas no CNPEM. “Sustainability is one

01001-0). For Maiko, at a certain point a return to work was imminent, and “the bicycle allowed me to practice social distancing, keep up to date on exercise, and get around quickly,” he says. “Above all, the bike was the ideal opportunity for me to incorporate the sustainability values I was already putting into practice at CNPEM,” says the analyst; since the safe resumption of activities at

of the topics involved in many of the studies conducted at CNPEM.” 118

POR DENTRO DO CNPEM

CNPEM in 2020, Maiko has been making his daily commute on two wheels, a total of forty kilometers per day. “And twelve kilograms lighter,” he adds with a smile.

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FLORIAN MENEAU

Pesquisador Researcher

perimental, é otimizada para a obtenção de imagens tridimensionais com resolução nanométrica de materiais para as mais diversas aplicações. Nas ciências biológicas, por exemplo, será possível visualizar as organelas dentro de uma célula e, com isso, inferir sobre efeitos estruturais e metabolismo celular. "O início da pandemia coincidiu com o fim da montagem da linha de luz Cateretê. Entre março e julho de 2021, íamos ao Sirius, uma pessoa de cada vez, para realizar alguns testes com os diferentes equipamentos. A partir de julho de 2021, quando recebemos o primeiro feixe de luz síncrotron na linha, o comissionamento foi iniciado com pequenos grupos trabalhando de forma alternada. Obviamente, a comunicação com os outros grupos de Sirius era mais complicada, mas a motivação de todos permitiu seguir em frente com sucesso. Depois de apenas alguns meses de intenso trabalho, pudemos realizar os primeiros experimentos na Cateretê. Pessoalmente, tive a imensa alegria do nascimento de minha segunda filha, Margot, o que facilitou a vivência desse momento atípico. Ela foi minha grande mudança!" en The Sirius beamlines are used to conduct experi-

ments that allow us to observe microscopic aspects of materials, such as the atoms and molecules they are made of, their chemical states, and their spatial organization. The lines are planned to house advanced scientif-

Pequenas grandes mudanças Big little changes

ic instrumentation suited to solve problems in areas that are strategic for the country's development. One is the Cateretê beamline, which is coordinated by Florian Meneau. This experimental hutch is optimized to obtain three-dimensional images of materials with nanometric resolution, for a broad array of applications. In the biological sciences, for example, organelles within a cell can be visualized in order to investigate structural effects and cellular metabolism. “The beginning of the pandemic coincided with the end of assembly of the Cateretê beamline. Between March and July 2021, we went to Sirius, one person at a time, to run some tests with the different equipment. From July

Nas linhas de luz do Sirius são realizados experimen-

2021, when we received the first synchrotron light beam

tos que permitem observar aspectos microscópicos e

in the line, commissioning began with small groups taking

nanoscópicos dos materiais, como os átomos e mo-

turns to work. Obviously, communication with the other

léculas que os constituem, seus estados químicos e

Sirius groups was more complicated, but everyone's mo-

suas organizações espaciais. Elas são planejadas para

tivation made it possible to move forward successfully.

abrigar instrumentação científica avançada, adequa-

After only a few months of intense work, we were able to

da para solucionar problemas em áreas estratégicas

carry out the first experiments with Cateretê.

para o desenvolvimento do País.

On the personal front, I was overjoyed at the birth of

Uma delas é a linha de luz Cateretê, coordenada

my second daughter, Margot, which made this very unusu-

por Florian Meneau. Essa linha de luz, ou cabana ex-

al time much easier to deal with. She was my great change!”

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POR DENTRO DO CNPEM

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ROTINA | ROUTINE

Pela produção de cristais reveladores For the production of revealing crystals A cristalografia de proteínas ajuda a determinar a estrutura tridimensional de macromoléculas, gerando informações cruciais para entender o desenvolvimentos de doenças e apoiar a descoberta de novos medicamentos. A técnica é utilizada para a visualização de cristais feitos por especialistas em cristalização, que minuciosamente buscam formas de gerar cristais que possam ser difratados com precisão. Durante os dois primeiros anos da forçatarefa formada no CNPEM para a busca de soluções de combate ao vírus SARS-CoV-2, a geração de cristais de proteínas componentes do vírus foi crucial para a compreensão de seus mecanismos de ação. Renata Rocha é uma das responsáveis por este trabalho. Por diversas vezes, ela foi a primeira a acender as luzes das bancadas, no início do dia, e a apagar também, ao ser a última a sair. “O trabalho durante a pandemia, para mim, foi um grande desafio. Tudo começou exatamente no momento do comunicado do CNPEM de afastamento das atividades presenciais, o que eu jamais poderia imaginar vivenciar um dia, até a difícil decisão de aceitar o convite para retornar às atividades presenciais, e me juntar a colegas em uma importante força-tarefa de enfrentamento e resposta a emergente pandemia de Covid-19. A pandemia chegava naquele exato momento, e diante daquele cenário de incertezas e medo, foi a decisão mais desafiadora que tomei até o momento em minha vida. Retornei, éramos poucos e aquela rotina conhecida já não existia mais. Enfrentamos muitos desafios. Tarefas complexas e cansativas, isolamento, silêncio nos laboratórios e corredores, mas ao mesmo tempo foi tão intenso de novos desafios e conhecimentos que eu consegui vencer o medo e a ausência da família, e aproveitar cada segundo dessa

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POR DENTRO DO CNPEM

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Foi tão intenso de novos desafios e conhecimentos que eu consegui vencer o medo e a ausência da fam lia, e aproveitar cada segundo dessa experiência incr vel de ser uma cientista em um novo mundo, onde a ciência era protagonista. “It was so intense with new challenges and knowledge that I was able to overcome the fear and missing my family and take advantage of every second of this incredible experience of being a scientist in a new world, where science played an active role.”

experiência incrível de ser uma cientista em um novo mundo, onde a ciência era protagonista. Não tenho palavras para descrever o quanto foi grandioso na minha vida e carreira profissional essa experiência vivida, juntamente com pesquisadores que eu sempre admirei e me espelhei durante todo esse tempo que trabalho no CNPEM.” en Protein crystallography helps determine the

three-dimensional structure of macromolecules, and when this technique is applied to important biological targets, the resulting information is crucial for the molecular understanding, discovery, and development of new drugs. The technique is used to visualize crystals made by specialists in this area who carefully investigate new ways to produce crystals that can be precisely diffracted. During the two years that the task force formed at the CNPEM to search for solutions to combat the SARS-CoV-2 virus was mobilized, generating the protein crystals that make up the virus was crucial to understand its mechanisms of action. Renata Rocha is one of the people responsible for this work. On several occasions, she was the first to turn on the lights in the labs at the beginning of the day and also the one to turn them off when she was the last to leave. “Work during the pandemic was a major challenge for me. It all began precisely with CNPEM's announcement that in-person activities were cancelled, which I could never have imagined, until the difficult decision to accept the invitation to return to in-person activities and join my colleagues on an "important task force” to address and respond to the emerging Covid-19 pandemic. The pandemic arrived at that very moment, and in the face of that scenario of uncertainty and fear it was the most challenging decision of my life. I returned, there RENATA ROCHA OLIVEIRA

Especialista em Desenvolvimento Tecnológico | Expert in Technological Development

Renata trabalhou dia e noite produzindo cristais de proteínas do vírus SARS-CoV-2 para serem difratados na linha de luz Manacá, do Sirius Renata worked day and night producing crystals from the SARS-CoV-2 virus, to be difracted at Manacá beamline, at Sirius

were few of us, and that familiar routine no longer existed. We faced many challenges. Complex and tiring tasks, distancing, silent laboratories and hallways... but at the same time, it was so intense with new challenges and knowledge that I was able to overcome the fear and missing my family and take advantage of every second of this incredible experience of being a scientist in a new world, where science played an active role. There are no words to describe how great this experience was in my life and professional career, alongside researchers I had always admired and modeled myself after during all the time I've worked at CNPEM.”

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POR DENTRO DO CNPEM

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ROTINA | ROUTINE

Caracterização de materiais e auto conhecimento Materials characterization and self-knowledge 122

POR DENTRO DO CNPEM

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Carolina Torres trabalha na Divisão de

funções químicas, tamanho crista-

Síntese do LNNano, com a operação

lino, diferenciação de polimorfos e

do equipamento de Espectroscopia

empilhamento. As análises térmicas

Confocal Raman e dos equipamentos

são realizadas, no geral, para deter-

de análises térmicas, Calorímetro Ex-

minar propriedades de um material

ploratório Diferencial (DSC) e Termo-

para maior compreensão sobre ele.

gravimetria (TGA). A Espectroscopia

Normalmente as medidas trazem in-

Confocal Raman é uma técnica de

formações sobre hidratação, tempe-

caracterização de materiais utilizada

raturas características (fusão, transi-

para identificação, por exemplo, de

ção vítrea, cristalização), entalpia de

Carolina opera equipamentos que são inclusive oferecidos para uso de usuários externos, através da submissão de propostas para o LNNano Carolina operates equipment which is also available for the use of external users through proposals submissions to LNNano

reações, avaliações cinéticas, transi-

en Carolina Torres works in the Synthesis

ções de fase, entre outras aplicações,

Division of LNNano, operating equipment

dados cruciais para a compreensão e

involved in confocal Raman spectrosco-

produção de nanomateriais

py, thermal analysis, differential scanning

“Lidar com o cenário da pande-

calorimetry (DSC), and thermogravimetry

mia não foi nada fácil. Iniciei minha

(TGA). Confocal Raman spectroscopy is a

jornada de trabalho no CNPEM em

technique for characterizing material that

julho de 2020, quando tudo ainda era

can be used to identify aspects such as

muito novo, as informações sobre a

chemical functions, crystal size, polymor-

Covid-19 eram vagas, o medo enorme

phic differentiation, and stacking. Thermal

e as perspectivas de soluções ou me-

analysis studies are generally performed to

lhoras eram quase nulas. Não tive um

determine a material’s properties to better

período de home-office. Desde o pri-

understand it. These measurements nor-

meiro dia estava aqui presencialmen-

mally provide information about hydration,

te. Era difícil e triste ver tudo tão vazio

characteristic temperatures (fusion, vitre-

e poder conhecer pouquíssimas pes-

ous transition, crystallization), enthalpy of

soas, e essa foi a realidade por lon-

reactions, kinetic evaluations, and phase

gos meses. Não

transitions, among other applications, data

existiam muitas

which are crucial for understanding and

análises a serem

producing nanomaterials.

Aceitei desafios, estudei, abracei oportunidades importantes, me descobri mais forte do que eu já imaginei que seria. “I accepted challenges,

Técnica de Laboratório Laboratory technician

não

“Dealing with the pandemic was not at

existiam

dis-

all easy. I started my work here at CNPEM

cussões e nem

in July 2020, when everything was still very

vidrarias

espa-

new, information about Covid-19 was vague,

lhadas na ban-

fear was enormous, and prospects for solu-

cada.

Durante

tions or improvements were almost zero. I

esses dois anos,

did not spend any time working from home:

contraí Covid-19

since my first day I've been here in person.

e perdi uma das

It was difficult and sad to see everything so

pessoas

mais

empty, and to be able to meet so few peo-

ple, and that was the reality for many long

minha vida para

months. There were not many analyses to

esse vírus, sem

carry out, there were no discussions, and

nem dar nela um

not even glassware scattered along the lab

último

abraço.

benches. Over these two years I got Covid-19

Posso dizer que

and lost one of the most important people in

na mesma proporção que senti uma

my life to this virus, without even being able

dor emocionalmente terrível, precisei

to give her one last hug. I can say that to the

ter coragem para respirar e continuar

same degree that I experienced emotionally

firme, e foi assim, que me descobri na

awful pain, I needed to have the courage to

minha carreira e cresci pessoal e pro-

breathe and stay strong, and that was how

fissionalmente. Aceitei desafios, estu-

I discovered myself in my career and grew

dei, abracei oportunidades importan-

personally as well as professionally. I accept-

tes, me descobri mais forte do que eu

ed challenges, I studied, I embraced import-

já imaginei que seria, conheci pessoas

ant opportunities, I found myself stronger

sensacionais que fizeram a carga fi-

than I had never imagined I would be, I met

car mais leve, além de serem profis-

fabulous people who made my load lighter,

sionais que me incentivam, apoiam e

who are also professionals that encourage,

inspiram todos os dias. Tenho orgulho

support, and inspire me every day. I am

de fazer parte de um time tão incrível.

proud to be part of such an incredible team.”

I studied, I embraced important opportunities, I found myself stronger than I had never imagined I would be.”

CAROLINA PIROGINI TORRES

realizadas,

importantes

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ESPECIAL | SPECIAL

BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL INDUSTRIAL BIOTECHNOLOGY

Tecnologias de ponta para a indústria advindas da natureza e pela natureza 124

POR DENTRO DO CNPEM

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Cutting-edge technologies for industry from nature

A biotecnologia pode criar oportunidades para novos modelos de produção industrial de bases biológicas de menores impactos ambientais Biotechnology can create opportunities for new organicbased industrial production models with less environmental impact

crescimento econômico e populacional aliados à tendência de urbanização gerarão uma demanda crescente por energia e por produtos industrializados. Atualmente as rotas principais de transformação industrial usam fontes fósseis de matéria-prima, mas precisamos de soluções renováveis e sustentáveis para produzir moléculas réplicas das derivadas de petróleo. Além disso, a expectativa de aumento do consumo de produtos industriais, como por exemplo, plásticos, demanda alternativas para lidar com os resíduos destes materiais. A biotecnologia pode criar oportunidades para novos modelos de produção industrial de base biológica, com menores impactos ambientais, uso racional de recursos naturais e que estimule a implantação de uma economia circular, promovendo tecnologias de baixo carbono e novos padrões de comportamento. No âmbito internacional, há cerca de uma década o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial e a Organização para Cooperação do Desenvolvimento Econômico vêm emitindo relatórios sobre o papel da biotecnologia. Em 2017, a National Academy of Sciences dos Estados Unidos já apontava tendências como a industrialização da Biologia. Com a descoberta do CRISPR-Cas como ferramenta molecular de edição gênica, as possibilidades de P&D aumentaram significativamente e, em 2021, o Fórum Econômico Mundial, reconhecendo a importância do tema, implantou o Conselho Global de Biologia Sintética. A Comunidade Europeia, e mais recentemente os Estados Unidos, vêm apoiando iniciativas para promover a produção de bioprodutos e organizar o ecossistema de inovação em torno da temática.

en Economic and population growth combined with the urbanization trend will lead to growing demand for energy and industrialized products. Nowadays, major industrial transformation routes use fossil feedstocks as raw materials, but we need renewable and sustainable solutions to produce molecules that replicate oil derivatives. Additionally, expectations that consumption of industrial products such as plastics will increase demand alternatives to deal with waste from these materials. Biotechnology can create opportunities for new organic-based industrial production models with less environmental impact, rational use of natural resources, and which stimulate implementation of a circular economy, promoting low-carbon technologies and new patterns of behavior. At the international level, around a decade ago the United Nations Program for Industrial Development and the Organization for Economic Development Cooperation began to publish reports on the role of biotechnology. In 2017, the US National Academy of Sciences was already indicating trends like the industrialization of biology. With the discovery of CRISPR-Cas as a molecular tool for gene editing, the possibilities for R&D expanded significantly, and the World Economic Forum recognized the importance of this topic in 2021, when it established the Global Future Council on Synthetic Biology. The European Community and more recently the United States have been supporting initiatives to promote the production of bioproducts and organize the innovation ecosystem around this topic. Brazil can play a leading role in this new global model for industrial production and consumption and for addressing agri-environmental problems such as replacing ag-

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POR DENTRO DO CNPEM

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ESPECIAL | SPECIAL

O Brasil pode assumir papel de protagonista nesse novo mode- ricultural chemicals. This requires more profound scientific lo global de produção e consumo industriais e no enfrentamento knowledge and the capacity to transform it into biotechnologies de problemas agroambientais, como a substituição de agroquí- that add value to Brazil's comparative advantages, such as our micos. Isto requer aprofundamento no conhecimento científico e rich biodiversity and abundant biomass, which is also diverse a capacidade de transformá-lo em biotecnologias, que agreguem and economically competitive. valor às vantagens comparativas brasileiras, como a nossa rica Our great challenge in R&D lies in constructing cellular biodiversidade e a nossa abundante biomassa, que também é di- systems that act as biofactories to produce molecules that versificada e economicamente competitiva. are useful to industry. The scale of the problem becomes O nosso grande desafio de P&D é a construção de sistemas clear when we understand that nature has taken billions of celulares, que atuem como biofábricas years to evolve and improve such mipara a produção de moléculas de interesse croorganisms, and we intend to emindustrial. A dimensão do problema fica ulate this process by creating enviclara quando compreendemos que a naronmentally-sound biotech solutions tureza levou bilhões de anos para evoluir for industrial production and cone aperfeiçoar tais microrganismos, e nós sumption in a short period of time. pretendemos emulá-la criando soluções This implies obtaining complete and biotecnológicas ambientalmente corretas accurate genomes from microbial para a produção e consumo industriais em communities, discovering new enum curto espaço de tempo. Isso implica em zymes and biological functions, and obter genomas completos e precisos de codesigning biological systems with munidades microbianas, descobrir novas various biocatalysts that synthesize enzimas e funções biológicas e desenhar increasingly complex molecules. sistemas biológicos com vários biocataAt CNPEM we have the cutlisadores que sintetizem moléculas cada ting-edge skills and infrastructure to vez mais complexas. integrate state-of-the-art approaches No CNPEM temos competências e inin synthetic biology and metabolic enfraestrutura de ponta para integrar abordagineering and cast light on the mechgens no estado da arte em biologia sintética anisms of biocatalysis at the atomic e engenharia metabólica e elucidar os meand molecular levels, using synchrocanismos de biocatálise em níveis atômitron light sources, electron microscocos e moleculares, utilizando fontes de luz py, and computational simulations síncrotron, microscopia eletrônica e simuincluding quantum mechanics. But lações computacionais incluindo mecânica this is just the beginning of the jourquântica. Mas isso é apenas o começo da ney; microorganisms of industrial reljornada. Os microrganismos de relevância evance are part of bioprocesses. Their industrial integram bioprocessos. As suas interactions with the extracellular interações com o ambiente extracelular é environment are complex and not alcomplexa e nem sempre previsível; um deways predictable, a challenge that exsafio que cresce com o aumento de escala. pands as the scale increases. ValidatValidar biotecnologias em várias escalas ing biotechnologies on various scales depende de conhecimento profundo do medepends on profound knowledge of tabolismo e do comportamento das células, cell metabolism and behavior, as well bem como a capacidade para monitorar e as the ability to monitor and control controlar tais sistemas em tempo real. these systems in real time. Por/By Encerro com uma reflexão: o que mais nos I conclude with a reflection: what EDUARDO COUTO E SILVA falta, para quantificarmos e valorizarmos o else are we lacking to quantify and valnosso capital natural e acelerarmos a tranue our natural capital and accelerate Diretor do LNBR sição para um modelo de desenvolvimento the transition to a sustainable economeconômico sustentável que traga riquezas, ic development model that will bring LNBR Director empregos e prosperidade para o Brasil? wealth, jobs, and prosperity to Brazil?

A NATUREZA LEVOU BILHÕES DE ANOS PARA EVOLUIR E APERFEIÇOAR TAIS MICRORGANISMOS, E NÓS PRETENDEMOS EMULÁ-LA

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POR DENTRO DO CNPEM

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Cristal de proteína nucleocapsideo de Vírus SARS-CoV-2 gerado no Laboratório de Cristalização de proteínas do CNPEM SARS-CoV-2 Virus Nucleocapsid Protein crystal generated in the Protein Crystallization Laboratory of CNPEM

/CNPEM

@CNPEM

/CNPEM

Células embrionária de Peixe-zebra (Danio rerio) expostas a óxido de grafeno, imagem obtida por microscopia óptica hiperespectral. Zebrafish (Danio rerio) embryonic cells exposed to graphene oxide, image obtained by hyperspectral optical microscopy. Microscopy image of human cells generated at the CNPEM Nanotoxicology Laboratory

Conheça as frentes de atuação do CNPEM através da série Origens e outros vídeos em nosso canal do Youtube. Acesse já https://www. youtube.com/ user/CNPEM Get to know the fronts of action of CNPEM through the series Origins and other videos on our Youtube channel. Use the QR code

Legenda da imagem da capa/ Cover image caption Imagem que representa a estrutura do vírus Mayaro revela a partícula viral – em parte aberta para possibilitar a visualização de todas as suas proteínas. Cada uma das proteínas que forma a partícula viral está representada por uma cor (verde, cinza e vermelho). Os açúcares que são ligados às proteínas estão em laranja Cutaway representation of the Mayaro virus. Each of the proteins that comprise the virus particle is shown in a different color (green, gray, and red); sugars bound to the proteins are shown in orange.