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Viva Turing ou como os camundongos conseguem seu palato enrugado.

Reproduzo aqui uma notícia rápida que escrevi e postei no nosso Facebook sobre um novo trabalho em genética do desenvolvimento que é tremendamente relevante para a compreensão da evolução da forma biológica. Em um artigo anterior sobre a Evo-Devo explorei alguns desses assuntos que, em geral, aproximam-se das abordagens estruturalista processuais para a Evo-Devo, envolvendo muita abstração matemática e simulação computacional. Mas neste novo artigo da Nature Genetics são apresentadas evidências experimentais diretas para um modelo de uma dessas abordagens mais abstratas para a formação de padrões em sistemas dinâmicos, o conhecido sistema de reação-difusão de Alan Turing.

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Como os camundongos conseguem seu palato enrugado e, talvez, como os tigres e zebras, e seja mais o que for, conseguem suas listras.


    Em um conhecido artigo publicado na década de 50, intitulado “A base química da morfogênese”[1], o famoso e genial matemático Alan Turing sugeriu que “um sistema de substâncias químicas, chamados morfógenos, reagindo em conjunto e difundido-se através de um tecido, seria adequado para explicar os principais fenômenos da morfogênese” [1]. Isso ocorreria por que “Tal sistema, embora possa originalmente ser bastante homogêneo, pode, mais tarde, desenvolver um padrão ou estrutura decorrente de uma instabilidade do equilíbrio homogêneo, que é desencadeada por distúrbios aleatórios” [1].


    Existem muitos modelos teóricos propostos daquilo que os cientistas chamam de mecanismos “formadores de padrão”. Estes processos seriam os responsáveis por integrar as informações genéticas, epigenéticas e ambientais em um sistema em interação dinâmica, sendo, desta maneira, imprescindíveis para compreendermos os detalhes do desenvolvimento da forma biológica e o mecanismo de reação-difusão de Turing, e suas variantes, estão entre os mais conhecidos e estudados. Esta elegante e simples ideia tem sido investigada principalmente através de modelagem matemática e simulações computacionais que mostraram sua plausibilidade, mas até hoje existem poucas evidências empíricas que algum mecanismo análogo ao sistema de Turing seja realmente importante na formação dos padrões morfológicos complexos que emergem durante as interações moleculares, celulares e teciduais que ocorrem ao longo do desenvolvimento ontogenético de animais e plantas, mas um novo estudo da revista Nature Genetics [2] começa a alterar esta situação.

Pesquisadores da Suécia, Reino Unido e Japão conseguiram demonstrar, experimentalmente, pela primeira vez, a existência de um sistema ativador-inibidor análogo ao proposto por Turing que opera na geração das cristas transversais regularmente espaçadas do palato de camundongos, dando nova vida ao mecanismo proposto pelo matemático há quase 60 anos [2]. Andrew D. Economou e seus colaboradores [2] conseguiram mostrar através de experimentos que as proteínas Sonic hedgehog (SHH) e o fator de crescimento de fibroblastos (FGF), envolvidos em processos de sinalização celular, funcionam como os componentes de um par ativador-inibidor que possui as características distintivas do sistema proposto por Turing, reforçando, assim, a intuição original que os mecanismos de reação-difusão podem ser muito relevantes, de modo mais geral, no desenvolvimento de vertebrados [2, 3].

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Referências:

[1] Turing, A. M. The Chemical Basis of Morphogenesis Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 14 August 1952 vol. 237 no. 641 37-72  doi: 10.1098/rstb.1952.0012 [Turing AM. The chemical basis of morphogenesis. 1953. Bull Math Biol. 1990;52(1-2):153-97; discussion 119-52. PubMed PMID: 2185858.]

[2] Economou AD, Ohazama A, Porntaveetus T, Sharpe PT, Kondo S, Basson MA, Gritli-Linde A, Cobourne MT, Green JB. Periodic stripe formation by a Turing mechanism operating at growth.... Nat Genet. 2012 Feb  19. doi: 10.1038/ng.1090. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 22344222.

[3] Grant, Bob How Tigers Get Their Stripes The Scientist [The Nusthell] February 22, 2012

Crédito da Imagem:

GARY BROWN/SCIENCE PHOTO LIBRARY

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Comentário de Naidel A. M. dos S. Caturello em 2 junho 2012 às 19:54

Texto sensacional!

Comentário de LUIZ SERGIO DADARIO em 25 fevereiro 2012 às 13:15

É interessante observar que o artigo de Turing foi publicado um ano antes do anúncio da estrutura em dupla hélice da molécula do DNA. Época de grandes descobertas e grandes intuições e talvez não seja mera coincidência seu interesse pela química, pois como nos é agora evidente, química, bioquímica e informação revelaram-se conceitos entrelaçados que constituem uma boa parte das pesquisas em biologia molecular e da Evo-Devo. Muito legal e importante. Abraços.

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