Ramon

Evolução In Vitro – RNAs autoreplicantes

Gerald F. Joyce admite que quando viu os resultados da experiência ficou tentado a interromper os trabalhos e publicar imediatamente os dados. Após anos de tentativas, ele e seu aluno Tracey Lincoln finalmente encontraram algumas seqüências de RNA curtas, mas poderosas, que quando misturados a uma pasta de tijolos de RNA mais simples se duplicariam repetidamente, multiplicando-se dez vezes em poucas horas, e continuariam a se replicar desde que tivesse espaço e matéria-prima para isso.

No entanto, Joyce não estava completamente satisfeito. Professor e reitor do Scripps Research Institute, em La Jolla, Califórnia, o químico molecular de 53 anos defende entusiasticamente a hipótese do “mundo do RNA”. Essa é a idéia de que a vida como conhecemos – baseada em DNA e proteínas enzimáticas, com o RNA quase sempre agindoapenas como mensageiro da informação genética – evoluiu a partir de um sistema químico prebiótico mais simples, estruturado quase que exclusivamente em RNA. Certamente a idéia plausível apenas se o RNA puder evoluir por si só. Joyce pensou que talvez seu RNA sintético provasse essa possibilidade. Então ele e Lincoln passaram mais um ano trabalhando com essas moléculas, promovendo mutações e criando competições entre elas, em que apenas as mais adaptadas sobreviveriam.

Em janeiro, um mês depois do bicentenário do nascimento de Charles Darwin, eles anunciaram o resultado na Science. Seu sistema no tubo de ensaio apresentou, de fato, quase todas as características essencias da evolução darwiniana. As 24 variações iniciais de RNA se reproduziriam uma mais rápido que outras, dependendo das condições ambientais. Cada espécie molecular competiu pela reserva comum de tijolos. O processo de reprodução foi imperfeito, porque logo surgiram mutantes – chamados de recombinantes por Joyce – que até prosperaram.

“Deixamos a experiência transcorrer por 100 horas e durante esse período observamos um aumento da ordem de 10 na 23 no número de moléculas replicadoras”, revela Joyce.

Logo no início as replicadoras originais morreram e as recombinantes começaram a dominar a populaçõa.” Nenhuma dessas recombinantes, entretanto, foi além de suas antecessoras.

O igrediente decisivo que ainda falta separa a evolução artificial da verdadeira evolução darwiniana. “Isso não está vivo”, enfatiza Joyce. “Na vida, uma nova função pode ser elaborada de formas completamente impensadas. Não conseguimos fazer isso. Nosso objetivo é criar vida em laboratório, mas para chegar lá precisamos aumentar a complexidade do organismo de forma que possa começar a produzir uma nova função, em vez de apenas aperfeiçoar aquela a que se destina.”

Esse objeivo parece perfeitamente viávl, porque os RNA replicadores no experimento de Joyce eram relativamente mais simples: cada um tinha apenas duas seções semelhantes a genes que podem variar. Cada um desses “genes” forma um pequeno tijolo de RNA. Um, replicador, sendo uma enzima de RNA, pode juntar dois genes e ligá-los para criar uma enzima que seja sua “parceira”. Essa enzima é então liberada e reúne dois genes soltos, montando-os como umclone do replicador original. Os recombinantes surgem quando uma “parceira” é infiel e une genes que não deveriam ficar juntos. No entanto, os recombinantes não criam genes, embora sej apossível criar um sistema que o faça, ou que seja mais complexo, fornecendo, a cada replicador, mais genes para trabalhar.

Scott K. Silveramn, químico da Universidade os Illinois, autor de um trabalho pioneiro com enzimas de DNA, acredita “capturando a evolução darwiniana em novas moléculaspodemos entender os princípios básicos da evolução biológica”, de que pouco se sabe a nível molecular. Joyce e Lincoln, por exemplo, notaram em seu exame post-mortem do experimento que os três recombinantes mais bem sucedidos formavam um grupo exclusivo. Sempre que um participante desse grupo cometia um erro de reprodução, o resultado era um dos outros dois elementos.

O próximo passo para a criação da vida em laboratório, avalia Joyce, seria montar ou desenvolver um conjunto de moléculas sintéticas capaz de fazer metabolismo e replicação. O geneticista Jack W. Szostak, da Harvard Medical School, desenvolveu proteínas não biológicas que unem ATP, uma substância química portadora de energia, vital para o metabolismo. No laboratório de Szostak pesquisadores estão tentando desenvolver também protocélulas que encerram RNA dentro de minúsculas esferas de ácidos graxos – chamadas micelas – que podem formar, fundir e replicar espontaneamente.

Mas se bioquímicos conseguissem recomendar RNA e outros compostos básicos e transformá-los em alguma forma de vida sintética, os sitema construído seria provavelmente tão complexo de início que dificilmente provaria que a vida natural começou da mesma forma há 4 bilhões de anos. Os replicadores de Joyce consistiam em apenas 50 letras, mas as chances de uma seqüência como essa aparecer por acaso são aparoximadamente 10 na 30, calcula ele. “Se fossem trchos de seis ou mesmo dez letras, então eu diria que estaríamos no reino da viabilidade, onde se pode imaginar que se formassem espontaneamente” na sopa primordial.

Fonte: Sciam – abril/09

A seleção natural no estudo do câncer

Textos integrais da Scientific American (Sciam) especial sobre câncer – março/2009

A ALVORADA DO CÂNCER

Em sua raiz, o câncer é uma doença de multicelularidade. Para se reproduzir, nossos ancestrais unicelulares se dividiam em dois. Depois que os animais surgiram, cerca de 700milhões de anos atrás, as células em seus corpos continuaram a se reproduzir por divisão, empregando o maquinário celular que herdaram das progenitoras. As células também começaram a se especializar à medida que dividiam, formando diferentes tecidos. O que tornou possível o complexo corpo multicelular dos animais de hoje foi a emergência de novos genes capazes de controlar a forma da divisão celular – por exemplo, parando a reprodução das células assim que um órgão alcançasse o amanho adulto. Os milhões de espécies animais evidenciam o enorme sucesso evolutivo que veio com a aquisição de um corpo. Mas este também apresenta grande risco. Quando ocorre a divisão celular no organismo, o DNA é passível de adquirir uma mutação causadora de câncer. “Cada vez que umacélula se divide, ela core o risco de desenvolver câncer”, diz Judith Campisi, do Laboratório Nacional Lawrence Berkley.

Mutações extraordinárias por exemplo, podem provocar a multiplicação descontrolada da célula. Outras agravam mais o problema ao permitir que células desorganizadas invadam os tecidos circundantes e se espalhem por todfo o corpo, ou se esquivem do sistema imune ou ainda atraiam vasos sangüíneos que forneçam oxigênio fresco.

O câncer em outras palavras, recria em nosso próprio corpo oprocesso evolutivo responsável pela adaptação dos animais ao seu ambiente. No nível dos organismos, a seleção natural opera quandomutações genéticas conferem mais sucesso reprodutivo a alguns deles que a outros; as mutações são “selecionadas” de modo que persistam e se tornem mais comuns nas gerações futuras. No câncer, as células representam o papel dos organismos. Alterações em DNA causadoras de câncer fazem algumas cpelulas se reproduzir mais efetivamente que as normais. Dentro doproprio tumor, as células mais adaptadas podem derrotar as malsuscedidas. “É semelhante à evolução darwinisana, exceto que acontece dentro de um mesmo órgão”, explica Natalatia Komarova, da Universidade da Califórnia em Irvine.

LIMITES PARA AS DEFESAS

Embora seja vulnerável ao câncer, nosso organimo tem muitas maneiras de detê-lo. Essas estratégias provavelmente resultaram da seleção natural, porque as mutações que tornaram nossos ancestrais menos propensos ao câncerna flor da idade podem ter aumentado seu sucesso reprodutivo. as considerando muitos milhõesde caos anuais de pessoas que desenvolveram câncer, éóbvio que essas defesas não erradicaram essa doença. Com o estudo da evolução dessas defesas, os biólogos tentam entender por que elas não estão à altura da tarefa.

As proteínas supressoras de tumor estão entre as defesas nais eficazes contra o câncer. Estudos sugerem que algumas dessas prteínas previnem o câncer monitorando omodo de reprodução da célula. Se esta se multiplica de maneira anormal, as proteínas a induzem a morrer ou entrar em estado de senescênciam uma espécie de aposentadoria precoce. A célula sobrevive, mas não consegue mais se dividir. A supressão de tumores tem papel vital em nossa sobrevivência, mas o cientistas descobriram recentemente algo de estranho: em certos aspectos, estaríamos melhor semelas.

Norman E. Sharpless, da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill, alterou camundongos geneticamente a fim de estudar o efeito de uma dessas proteínas hamadas de p16 (ou, mais corretamente, p16-Ink4a). Ele e os colegas criaram uma linhagem de camundongos que não tinha um gene funcional da p16 e, portantom não poderiam produzi-la. Em setembro de 2006, o grupo ublicou três estudos sobre os camundongos. Como esperado, os animais eram maispropensos ao câncer, que poderia surgir quando estavam com apenas um ano de idade.

Mas a perda do gene p16 teve um lado positivo. Quando os camundongos envelheceram, suas células ainda se comportavam como jovens. Em um experimento, os cientistas estudaram camundongos mais velhos, alvuns portadore se outros não-portadores de genes p16 funcionais, e destruíram as célulasprodutoras de insulina no pâncreas dos animais. Os roedores normais não conseguiam mais produzir insulina e desenvolveram diabtes fatal. Mas aqueles sem a proteína p16 tiveram apenas diabtes leve e sobreviveram. As progenitoras das célualsprodutoras de insulina ainda eram capazes de se multiplicar rapidamente e repovoaram o pâncreas com novas células. Os cientistas obtiveram resultados semelhantes ao examinar as céluas do sangue e do cérebro dos caundongos: a p16 os protegeu contra o câncer,mas também as envelheceu.

Esses resultados corroboram uma hipótese recente de Capisi. A seleção natural favorece proteínas anticancerosas como a p16, mas apenas moderadamente. Se essas proteínas se tornarem excesivamente agressivas,poderão se converter em ameaçã à saúde por fazer o corpo envelhecer rápido demais. “É ainda um hipótese de trabalho”, confessa Campisi, “mas os dados estão cada vez mais fortes.”

Evolução ao vivo no laboratório!

Trecho da Sciam (Scientific American) de fev/2009:

A GENÉTICA DA SELEÇÃO NATURAL

Quando especialistas observam traços físicos comuns – bicos, bíceps e cérebros – e estão convencidos de que a seleção natural conduz mudanças evolutivas,muitas vezesnão fazem idéia de como isto acontece. Até recentemente, pouco se sabia sobre as alterações genéticas que formavam a base da evolução por adaptação. Com os novos desenvolvimentos em genética os biólogos puderam atacar esse problema; neste momento estão tentando responder a várias questões fundamentais sobre a seleção. A adaptação de organismos a um novo ambiente é atribuída a alterações de alguns ou vários genes? É possível identificá-los? Em casos de adaptação ao mesmo ambiente, os genes envolvidos também são os mesmos?

Não é fácil responder a essas questões. A principal dificuldade é que o aumento na adaptabilidade a partir de uma mutação benéfica pode ser muito insignificante, tornando a mudança evolutiva um tanto lenta. Uma forma de enfrentar esse problema é inserir populações de organismos que se reproduzem rapidamente em ambietes artificiais, onde as diferenças de adaptabilidade são maiores e a evolução é, portanto, mais rápida. Também pode ajudar se as populações dos organismos forem suficientemente grandes para fornecer um fluxo contínuo de mutações. Na evolução experimental de microorganismos, uma população geneticamente idêntica é colocada em um novo ambiente, ao qual deme adaptar-se. Como no início todos os indivíduos compartilham a mesma seqüência de DNA, a seleção natural deve agir sobre novas mutações que surgirem durante o experimento. O pesquisado pode, então, acompanhar como a adaptabilidade de populações é alterada com o tempo, medindo a taxa de reprodução no novo ambiente.

Algumas pesquisas interessantes sobre evolução experimental foram realizadas com bacteriófagos – vírus tão pequenos que infectam bactérias. Bacteriófagos têm genomas proporcionalmente muito pequenos; assim, é fácil para os biólogos seqüenciarem genomas inteiros desses vírus no início e no fim dos experimentos, ou a qualquer momento que houver interesse. Isso permite detectar cada alteração genética que a seleção natural “incorpora” e, depois, perpetua ao longo do tempo.

K.Kichler Holder e James J. Bull, ambos da University of Texas, em Austin, realizaram (um) experimento com duas espécies muito próximas de bacteriófagos: ΦX174 e G4. Ambos infectam Escherichia coli, uma bactéria intestinal comum. Os pesquisadores expuseram os bacteriófagos a uma temperatura anormalmente alta e deixaram que eles se adaptassem ao novo ambiente quente. Nas duas espécies, a adaptação ao novo ambiente aumentou significativamente durante o experimento. Além isso, nos dois casos, os pesquisadores obseravram o mesmo padrão: a adaptabilidade melhorava rapidamente logo após a início do experimento e, depois, se estabilizava com o passar do tempo. É incrível, mas Holder e Bull conseguiram identificar perfeitamente mutações de DNA que induziram esse aumento da adaptabilidade.

O autor da coluna é H. Allen Orr, professor titular de biologia, a University of Rochester, e autor (com Jerry A. Coyne) de Speciation. Sua pesquisa concentra-se na base genética da especiação e adaptação. Orr recebeu a medalha Darwin-Wallace, da Sociedade Lineana de Londres, uma bolsa de pesquisa da Fundação Guggenheim, uma bolsa de estudos da Fundação David e Lucile Packard e o Prêmio Dobzhansky, da Sociedade para Estudos da Evolução. Publicou várias críticas de livros e artigos na revista New Yorker e na New York Review of Books