Cientistas manipulam DNA e criam besouro com olho extra funcional
Animais com três olhos não são uma novidade – pelo menos na ficção. Em “Game of Thrones”, um corvo de três olhos simboliza o conhecimento dos segredos do passado, presente e futuro no vasto reino de fantasia. Mas os biólogos do mundo real querem fazer algo parecido: para eles, um “besouro de três olhos”, criado em laboratório recentemente, pode oferecer um verdadeiro vislumbre do futuro do estudo do desenvolvimento evolutivo.
Usando uma ferramenta genética simples, os cientistas da Universidade de Indiana (IU), nos EUA, criaram intencionalmente um olho extra totalmente funcional no meio da testa de besouro comum. Pode parecer mais uma dessas extravagâncias genéticas feitas por humanos, mas desvendar os mecanismos biológicos por trás dessa ocorrência poderia ajudar os pesquisadores a entender como a evolução baseia-se em “blocos de construção” genéticos e de desenvolvimento preexistentes para criar traços complexos novos ou traços “antigos” em locais novos.
Os resultados do estudo aparecem no Jornal dos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências. O trabalho também fornece informações sobre um experimento anterior que produziu acidentalmente um olho extra como parte de um estudo para entender como a cabeça do inseto se desenvolve.
Brincando de Lego
“A biologia do desenvolvimento é lindamente complexa, em parte porque não há um único gene para o olho, um cérebro, uma asa de borboleta ou a concha de uma tartaruga”, explica Armin P. Moczek, professor do Departamento de Biologia da Escola de Artes e Ciências da IU. “Em vez disso, milhares de genes individuais e dezenas de processos de desenvolvimento se unem para permitir a formação de cada um desses traços. Nós também aprendemos que a evolução de um novo traço físico é como construir uma nova estrutura Lego, reutilizando e recombinando genes “antigos” e processos de desenvolvimento em novos contextos”, aponta.
Por isso, a evolução de novos recursos muitas vezes requer menos mudanças genéticas do que os biólogos originalmente acreditavam. Mas, ao contrário de organizar e combinar tijolos de plástico de brinquedo para formar uma nova estrutura, Moczek diz que não está claro quais mecanismos biológicos orientam a construção de novos traços físicos em algumas circunstâncias, e não em outras.
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“Você pode fazer coisas novas repetidamente ou em novos lugares usando o mesmo antigo conjunto de ‘tijolos’”, diz ele. “Mas quando brincamos de Lego, conhecemos as regras de montagem: quais peças encaixam e quais não. Na biologia, ainda lutamos para entender os respectivos homólogos”, compara.
Com o desenvolvimento de órgãos “ectópicos” – ou órgãos que se formam na parte errada do corpo, os cientistas buscam ter uma visão mais clara desse processo. Os primeiros trabalhos no campo se concentraram na formação de olhos em moscas da fruta no lugar errado, como na asa ou na perna. No entanto, essas experiências exigiram ativar os principais genes reguladores na nova localização, uma técnica que é limitada a apenas alguns organismos de estudo. Os “olhos” resultantes também nunca foram totalmente funcionais.
O novo estudo, liderado pela IU, informa sobre a formação de um olho funcional extra – tecnicamente, uma “fusão” de dois conjuntos de olhos extras – após o desligamento de um único gene, uma técnica amplamente disponível para cientistas na maioria dos organismos. A formação inesperada de um olho complexo e funcional em uma nova localização no processo é “um exemplo notável da capacidade dos sistemas de desenvolvimento para canalizar perturbações maciças em direção a resultados ordenados e funcionais”, diz Moczek.
Para criar um olho totalmente funcional no centro da cabeça de um besouro, a equipe de Moczek desativou um único gene chamado ortodenícula, ou odt, que sua pesquisa já demonstrou desempenhar um papel na instrução da formação da cabeça durante o desenvolvimento.
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Múltiplas disciplinas
“Este estudo perturba experimentalmente a função de um único gene principal. Em resposta a essa interrupção, o restante do desenvolvimento da cabeça se reorganiza para produzir um traço altamente complexo em um novo local: um olho composto no meio da cabeça”, explica Moczek. “Além disso, ele realmente funciona!”, se surpreende.
Para confirmar que o olho era um verdadeiro olho extra, a equipe da IU realizou testes múltiplos para provar que a estrutura tinha os mesmos tipos de células, expressava os mesmos genes, criava conexões nervosas adequadas e provocava a mesma resposta comportamental como um olho normal. O que torna os resultados tão empolgantes é a técnica genética relativamente simples usada para alcançar o desativamento do gene, disse o pesquisador pós-doutorado da IU Eduardo E. Zattara, autor principal do estudo.
Moczek diz que os resultados também podem ajudar a abordar questões fundamentais em desenvolvimento, evolução e medicina. Por exemplo, entender como órgãos complexos organizam seu crescimento e integração no corpo são desafios centrais que as ciências médicas devem superar para desenvolver órgãos artificiais para pesquisa e transplante.
“O uso de olhos ectópicos é um paradigma altamente acessível para estudar tudo isso, em vários tipos de organismos”, aponta Zattara. “Nós consideramos que este estudo realmente abre as portas para novas vias de pesquisa em múltiplas disciplinas”. [phys.org]
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O próximo passo a ser dado na genética será na manipulação além das moléculas do DNA, ou seja na manipulação atômica de seus átomos.
Se você tirar um átomo de uma molécula e colocar outro no lugar, você muda completamente a substância e seu comportamento, e torna inviável todo o conjunto.