O DNA contém a planta do corpo, mas é um documento vivo: ajustes de design podem ser feitos usando marcas epigenéticas.
Marcas epigenéticas são modificações de bases de DNA que não alteram o código genético básico, mas escrevem informações adicionais sobre ele que podem ser herdadas junto com o genoma.
Marcas epigenéticas normalmente regulam a expressão gênica – ativam ou desativam os genes – especialmente no início do desenvolvimento ou quando o corpo está sob estresse. Eles também podem suprimir genes saltadores, elementos móveis que ameaçam a integridade do genoma.
Em humanos e outros eucariotos, duas principais marcas epigenéticas são conhecidas. Agora, os cientistas do MBL descobriram uma terceira e nova marca epigenética anteriormente conhecida apenas em bactérias, em rotíferos bdelóides, pequenos animais de água doce. Esta descoberta fundamental e surpreendente é relatada na Nature Communications.
Em 2008, descobrimos que os rotíferos bdelloides são muito bons em capturar genes estranhos”, disse Irina Arkhipova, autora sênior do estudo. Descobrimos que os rotíferos, cerca de 60 milhões de anos atrás, acidentalmente pegaram um gene bacteriano que lhes permitiu introduzir uma nova marca epigenética que não existia antes. Esta é a primeira vez que um gene transferido horizontalmente mostrou alterar o sistema de regulação de genes em eucariotos.
Isso é muito incomum e não foi relatado anteriormente. Acredita-se que os genes transferidos horizontalmente são preferencialmente genes operacionais em vez de reguladores. É difícil imaginar como um único gene transferido horizontalmente poderia formar um novo sistema regulatório, porque os sistemas regulatórios existentes já são muito complexos.
É quase inacreditável”, disse a coautora Irina Yushenova. Apenas tente imaginar que em algum lugar no passado, um fragmento de DNA bacteriano acidentalmente se fundiu com um fragmento de DNA eucariótico. Ambos se juntaram no genoma do rotífero e formaram uma enzima funcional. Não é fácil de fazer nem no laboratório, e aconteceu naturalmente. E então essa enzima composta criou esse incrível sistema regulatório, e os rotíferos bdelóides poderiam começar a usá-la para controlar todos esses transposons saltitantes. É como mágica.
Você não quer transposons (seções de DNA de organismos que podem se mover ou transpor e se replicar dentro do genoma) pulando em seu genoma, dizem os cientistas. Eles vão arruinar tudo, então você precisa mantê-los sob controle. E o sistema epigenético para conseguir isso é diferente em diferentes animais. Nesse caso, a transferência horizontal de genes de bactérias para rotíferos bdelóides criou um novo sistema epigenético em animais que não havia sido descrito anteriormente.
Os rotíferos bdelóides precisam especialmente controlar seus transposons porque se reproduzem principalmente assexuadamente, disse Irina Arkhipova.
As linhas assexuadas têm menos meios para suprimir a propagação de transposons nocivos, portanto, adicionar uma camada extra de proteção pode evitar uma crise mutacional. De fato, a abundância de transposons é muito menor em bdelloides do que em eucariotos sexuais, que não possuem essa camada epigenética extra em seu sistema de defesa do genoma.
Em duas marcas epigenéticas previamente conhecidas em eucariotos, um grupo metil é adicionado à base do DNA, citosina ou adenina. A marca recém-descoberta também é uma modificação da citosina, mas com um arranjo distinto do tipo bacteriano do grupo metil, essencialmente repetindo eventos evolutivos há mais de dois bilhões de anos, quando marcas epigenéticas comuns apareceram nos primeiros eucariotos.
Os rotíferos bdelóides são animais extremamente resistentes. Eles podem secar completamente ao longo de semanas ou meses e depois voltar à vida quando a água estiver disponível. Durante a fase de dessecação, seu DNA se quebra em muitos pedaços.
Quando eles reidratam ou tornam as extremidades de seu DNA acessíveis, isso pode permitir que fragmentos de DNA estranhos de bactérias, fungos ou microalgas ingeridos sejam transferidos para o genoma do rotífero, disse Irina Arkhipova. Os cientistas descobriram que cerca de 10 por cento do genoma rotífero vem de fontes não-metazoárias.
E, no entanto, os cientistas ficaram surpresos ao encontrar no genoma do rotífero um gene que se assemelha à metiltransferase bacteriana (a metiltransferase catalisa a transferência de um grupo metil no DNA). Nós levantamos a hipótese de que esse gene é responsável por essa nova função de supressão de transposon, e passamos os últimos seis anos provando que esse é realmente o caso”, disse Irina Arkhipova.
Ainda é muito cedo para dizer quais implicações a descoberta desse novo sistema epigenético em rotíferos pode ter.
Uma boa comparação é o sistema CRISPR-Cas em bactérias, que começou como uma descoberta fundamental de pesquisa. O CRISPR-Cas9 agora é amplamente utilizado como ferramenta de edição de genes em outros organismos.
2022-03-05 03:53:56
Autor: Vitalii Babkin