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Genes de rato modificados com a técnica CRISPR ajudam a entender por que as cobras perderam suas pernas

Roedores “serpentizados” ajudam a entender estranho mistério da evolução morfológica

Shutterstock

O desaparecimento dos membros das cobras é mais do que um conto de perda — é uma história complexa, detalhada no DNA delas. Esperando entender como e por que a evolução moldou as cobras como elas são hoje — e o que aconteceu com o genoma delas quando pararam de andar — uma equipe de cientistas está utilizando o sistema de edição genética CRISPR/Cas9 para produzir a mesma mudança em ratos.

Avanços na tecnologia genética aceleraram o estudo da evolução através da genômica, diz Axel Visel, um geneticista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. Sua equipe espera entender melhor a evolução da morfologia, ou o modo como  os animais se parecem fisicamente. “Nós decidimos observar uma das adaptações morfológicas mais dramáticas que aconteceram na evolução de vertebrados: a perda dos membros nas cobras, à medida que elas evoluíram de um ancestral que se parecia com os lagartos atuais”, diz ele.

 

Sua equipe aproveitou um trabalho anterior que já havia sequenciado os genomas de várias cobras, incluindo o gênero naja, jiboias e pítons. Genomas de serpentes, assim como os dos humanos, possuem as chamadas sequências acentuadoras, que regulam como outras sequências devem funcionar. A equipe de Visel descobriu que uma acentuadora chamada sequência zona de polarização da atividade regulatória (ou ZRS na sigla em inglês) foi degradada nas espécies de serpentes; algumas das instruções de produção de proteína nessa zona pareciam ter sido tão copiadas que muitas imperfeições acabaram aparecendo, mudando alguns dos pares de bases no DNA.

 

A ZRS acontece para potencializar o gene sonic hedgehog, cuja função é criar uma proteína crucial para o desenvolvimento dos membros no período embrionário. Na pesquisa mais recente, cientistas primeiro trocaram a ZRS de embriões de rato usando um método de substituição genética mais comum. Eles substituíram a sequência por ZRS característicos de diferentes animais, incluindo cavalos, humanos e cobras, combinados com um gene especial que faz com que as pontas dos membros em desenvolvimento nos embriões dos ratos fiquem azuis depois de tratamento químico, caso o novo ZRS estivesse cumprindo sua função. Quando os pesquisadores observaram os embriões, as pontas de todos os membros dos ratos tinham ficado azuis — exceto naqueles com ZRS de cobra. Neles nada aconteceu ou a ZRS pareceu se comportar de uma maneira na qual ela simplesmente não implicava desenvolvimento de membros.

 

Essencialmente, a ZRS de cobra não parecia estar cumprindo sua função. Isso se tornou claro quando a equipe de Visel usou o CRISPR para criar ratos vivos com sua ZRS original trocada pela ZRS de cobras. Os ratos “serpentizados”  tiveram membros muito subdesenvolvidos; seus braços e pernas inferiores estavam severamente reduzidos, em muitos casos até mesmo com o osso atrofiado. Mas os membros do rato se formaram normalmente quando a equipe substituiu o acentuador por DNA de humano e até mesmo de peixe. A equipe de Visel publicou os seus resultados na revista Cell na última semana.

 

Visel enfatizou que sua equipe não descobriu como os membros das cobras desapareceram. Em vez disso, concluíram que, uma vez que os membros das cobras não estavam mais presentes, a evolução não exigiu que a ZRS realmente funcionasse. Uma mutação na ZRS da cobra não teria prejudicado as serpentes à medida que elas evoluíram — porque elas não usam suas pernas. Trabalhando separadamente, outra equipe se deparou com resultados complementares quando observava membros em embriões de píton. Os autores desse estudo disseram ter descoberto  que embriões de píton ainda desenvolvem precursores de cartilagem para todas as partes de uma perna — mas o corpo da cobra perde a cartilagem da perna inferior e mantém apenas um osso de perna rudimentar. Isso se deve, provavelmente, ao fato de a ZRS se degradar enquanto outros conjuntos de acentuadores de membros permaneceram. Eles acentuam o HOXD (sigla para Homeobox-D, as proteínas que eles codificam) da mesma maneira que a ZRS acentua a sonic hedgehog. O HOXD regula pernas e genitália simultaneamente,  então a evolução manteve esses acentuadores para permitir a continuação da cópula, explica Martin Cohn, professor da Universidade da Flórida. Ele e seu coautor recentemente publicaram seus resultados na revista Current Biology.

 

Biólogos já realizaram experimentos com acentuadores e seus efeitos no desenvolvimento dos membros em ratos em 2005, afirma Kimberly Cooper, professora assistente de Biologia Celular e do Desenvolvimento na Universidade da Califórnia, San Diego. Cooper não participou do novo estudo, mas nota que o uso de CRISPR feito por Visel permitiu uma substituição genética nos ratos mais rápida e barata. “É muito animador”, afirma Cooper. “O resultado final desse projeto não é diferente de coisas já feitas antes. Mas teria tornado tudo muito mais simples tecnologicamente.”

 

O Comitê de Pesquisa e Bem-Estar de Animais do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley analisou e aprovou o protocolo de uso de animais do último estudo, afirma Antoine Snijders, presidente do Comitê. “Todo o trabalho descrito no protocolo é o que o investigador principal tem permissão para realizar.”

 

Ainda que produzir deliberadamente ratos sem membros possa soar macabro, o trabalho é justificável nesse caso, diz Carolyn Neuhaus, postdoctoral fellow da Divisão de Ética Médica da Escola de Medicina da Universidade de Nova York, que não participou do estudo. “Refinar uma técnica e usar novas tecnologias é uma importante contribuição para a ciência e é publicamente valiosa”, afirma. Visel acrescenta que não existe alternativa para a alteração dos genes dos ratos nesse tipo de estudo. “Não existe maneira de fazer esses experimentos em modelos de computador e obter resultados confiáveis”, diz.

 

A utilização de CRISPR em experimentos animais irá, assim se espera, levar a debates produtivos sobre  tecnologia de edição genética em geral, diz Arthur Caplan, bioeticista da Universidade de Nova York. Ele acredita que esse diálogo é especialmente importante no uso da técnica no contexto médico. “Eu acho que é realmente fascinante que a maior parte da atenção ética esteja focada no significado da edição genética para humanos”, ele afirma. “Queremos antes debater o uso de CRISPR em ratos, não em humanos.”

 

Visel não sente que seu trabalho possui um lugar nesse debate, e espera que o campo veja mais estudos usando CRISPR para entender o desenvolvimento de membros. “Esses tipos de estudo eram possíveis antes, mas agora eles estão ao alcance para muitos desses experimentos de uma maneira mais precisa”, afirma Visel. “Isso me anima cientificamente.”

 

Ryan F. Mandelbaum 

 

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