Cientistas descobrem por que os cavalos são atletas tão excepcionais
Tentar vencer um cavalo em uma corrida é uma tarefa ingrata. Apesar do mito persistente de que nossa espécie evoluiu para caçar presas nas savanas, cavalos geralmente superam até mesmo os mais elitizados atletas humanos em competições de velocidade. Uma nova pesquisa ajuda a explicar por que e como os cavalos possuem uma vantagem atlética.
Mutação genética única: o segredo da vantagem dos cavalos
Um estudo publicado em 27 de março no periódico Science revela que uma série única e antiga de mutações genéticas foi crucial para a evolução da forma física excepcional dos cavalos. Essas mudanças permitem que os músculos dos cavalos usem oxigênio de forma rápida e eficiente, sem causar danos celulares normalmente associados ao consumo intenso de combustível.
Gianni Castiglione, coautor do estudo e biólogo da Universidade de Vanderbilt, comenta que essas mutações explicam em parte por que os cavalos conseguem manter uma alta proporção de músculos em relação à sua massa corporal, sustentar uma alta concentração de mitocôndrias em suas células musculares e ter uma capacidade maxima de captação e uso de oxigênio (ou VO2 máx) mais que o dobro de um atleta humano.
O gene e a proteína resultante dessa adaptação não são exclusivos dos cavalos — eles também têm implicações clínicas sérias para a pesquisa em saúde. Ao desvendar o mistério do atletismo equino, os cientistas podem encontrar novos tratamentos para doenças neurodegenerativas em humanos como Alzheimer ou até terapias para retardar os declínios normais do envelhecimento.
A evolução convergente: cavalos e aves
Castiglione e sua equipe começaram a busca com um levantamento amplo de genes através da árvore da vida animal, procurando como sequências genéticas com importância conhecida em humanos diferem ou se mantém as mesmas em outras espécies. Surpreendentemente, eles focaram em uma alteração equina específica que ajuda a explicar como os cavalos, junto com zebras e burros, alcançam seu poder propulsor. Castiglione afirma que esse fenômeno em cavalos era algo que eles nunca teriam previsto.
Adicionando à intriga, a mudança nos cavalos está intimamente relacionada a uma encontrada em aves, conforme explica Elia Duh, coautor do estudo e oftalmologista e cientista biomédico da Universidade Johns Hopkins. Castiglione e Duh publicaram uma pesquisa anterior em 2020 sobre essa descoberta aviária e acreditam que a mudança é uma parte importante do motivo pelo qual as aves conseguem voar, apesar de quão energeticamente exigente é todo aquele movimento de asas.
Isso implica em evolução convergente, observa Castiglione. Mas, quando os cientistas investigaram mais a fundo, descobriram que a mudança genética nos cavalos é muito mais complicada que a mutação das aves. Os cavalos, ao que parece, tiveram que superar muitos mais obstáculos evolutivos para chegar à sua forma final, em forma. Um desses obstáculos é tão raro que é um tipo de mutação vista apenas em um subconjunto de vírus.
O fator da proteína: NRF2 e KEAP1
Para entender como os cavalos encontraram seu ritmo atlético, é importante primeiro entender duas proteínas: NRF2 e KEAP1. O NRF2 é basicamente idêntico em quase todos os vertebrados. Ele tem efeitos antioxidantes no corpo, neutralizando moléculas prejudiciais. Também desempenha um papel na produção da molécula trifosfato de adenosina (ATP), que é a moeda energética das células. Mitocôndrias, conhecidas como “a usina das células” queimam ATP como combustível. Quanto mais ATP disponível, mais trabalho as células podem realizar.
Embora o NRF2 desempenhe funções muito importantes, ele pode ser mortal se sair do controle. Em muitos vertebrados, um NRF2 hiperativo desencadeia grandes problemas como crescimento de tumores. “É muito uma situação de Cachinhos Dourados”, diz Castiglione. Os animais “precisam regular rigorosamente o NRF2 e somente ativá-lo quando necessário”.
É aí que entra o KEAP1. Ele mantém o NRF2 sob controle ao se ligar ao NRF2 e bloquear seu local ativo em condições celulares normais. Quando suficientes moléculas oxidantes, também chamadas de radicais livres, aparecem como um subproduto inevitável das células usando energia, o KEAP1 é desativado. Isso libera o NRF2 para combater os radicais livres e minimizar os danos celulares.
O poder da ‘recodificação’ nos cavalos
Nos cavalos e seus parentes próximos, as coisas são um pouco mais complicadas. Os autores do estudo encontraram uma mudança de nucleotídeo única no início do gene que codifica o KEAP1, que normalmente impediria a produção da proteína. No entanto, por meio de sequenciamento de proteínas, experimentos de cultura celular e comparações com células de camundongos e humanos, Duh e castiglione descobriram que os cavalos não têm uma proteína atrofiada e não funcional. Em vez disso, a versão equina do KEAP1 é ainda mais sensível ao estresse e mais responsiva aos radicais livres do que o tipo que existe em outros vertebrados.
Os cavalos fazem isso através de um fenômeno chamado recodificação. Durante a recodificação, uma sequência de genes normalmente lida como um sinal de parada é traduzida em um aminoácido que permite a construção do restante da proteína. Um conjunto de mudanças genéticas complementares teve que ocorrer para permitir a recodificação, mas não está claro se essas ocorreram antes ou depois da mutação do gene KEAP1 em si. De qualquer forma, a proteína KEAP1 resultante nos cavalos é apenas diferente o suficiente para oferecer benefícios, sem desvantagens óbvias e significativas.
Este tipo particular de recodificação foi documentado anteriormente apenas em vírus que infectam bactérias – ou bacteriófagos. Encontrar o processo em um mamífero vertebrado revela um novo reino de estranhezas genéticas possíveis ocultas em organismos complexos. “Isso fala sobre a singularidade dos cavalos”, afirma Duh.
O número considerável de mudanças de DNA que devem ter ocorrido em rápida sucessão para criar esse resultado sincronizado também reflete a forte pressão que os cavalos provavelmente sofreram para se tornarem rápidos e incansáveis. Os primeiros animais semelhantes a cavalos tinham aproximadamente o tamanho de cães e enfrentavam vários predadores em seu habitat de pastagens abertas. Para evitar serem extintos, eles se adaptaram. Foi um “crisol evolutivo intenso” e os ancestrais dos cavalos tiveram que inovar para sobreviver, sugere Castiglione.
Aplicações futuras em humanos
Apesar das questões evolutivas sem resposta, Castiglione e Duh acreditam que suas descobertas são firmes o suficiente para impulsionar avanços biomédicos. KEAP1 e NRF2 são proteínas criticamente importantes em muitas doenças humanas e no envelhecimento. Saber que uma única troca de nucleotídeo de DNA e aminoácido pode mudar significativamente o funcionamento do complexo de proteínas pode ser útil para abordar alguns dos problemas que surgem.
Há ainda o fato de que os cavalos evoluíram para evitar ficarem presos com uma proteína KEAP1 defeituosa, apesar de uma mutação que deveria ter parado a linha de produção. “Em 10 a 15 por cento das doenças humanas, você tem um códon de parada prematuro”, diz Castiglione. Se os ancestrais dos cavalos encontraram uma maneira de ainda produzir uma proteína funcional, talvez uma terapia genética inspirada nos equinos possa ser desenvolvida para humanos também.
Para mais detalhes sobre a pesquisa, você pode consultar o artigo científico na Science.
