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quarta-feira, 15 de julho de 2015

Mutações: alguns segredos da evolução

Por: Marcus V. Cabral

“A ciência não pode prever o que vai acontecer.
Só pode prever a probabilidade de algo acontecer”

César Lattes

Segundo a teoria de Darwin (que já descrevemos inúmeras vezes aqui neste blog), a formação de novas espécies está relacionada com a variabilidade da natureza e a seleção natural imposta sobre ela. Paralelamente ao desenvolvimento do evolucionismo darwiniano, Gregor Mendel, considerado hoje “pai da genética”, realizava pesquisas com fecundação artificial entre plantas ornamentais e ervilhas. Ele postulou, então, as três leis de Mendel, como são conhecidas hoje, que dão base à genética. Publicou sua pesquisa em 1865 em um artigo chamado “Experimento em plantas híbridas”.


Somente no século XX os cientistas retomaram as questões referentes aos genes, querendo saber qual é sua composição química e aonde eles se localizavam. Começaram, então, a desconfiar do DNA por ser uma molécula repetitiva e estável. Através de estudos experimentais de vários cientistas e com a apresentação da estrutura de dupla hélice de Watson e Crick, em meados do século passado, foi confirmado que o local dos genes era mesmo o DNA.

Foi descoberto que o DNA, apesar de ser uma molécula extremamente conservativa, pode apresentar pequenas mudanças após sua replicação, ou após uma lesão físico-química causada por algo como radiação. Estas lesões, se não forem reparadas, poderão ser passadas para os descendentes do indivíduo que sofreu a mutação, gerando a variabilidade, já mencionada por Darwin (mas não no contexto genético, obviamente). Porém, hoje se sabe que somente uma parcela dessas mutações que ocorrem conseguem se perpetuar. Isso porque normalmente essas mutações podem afetar o desenvolvimento do organismo, deixando-o inviável à vida, além de poder favorecer o surgimento de doenças genéticas como tumores . Há ainda a possibilidade de ocorrência de macromutações, que sofrerão seleção negativa. Portanto, a seleção natural, provavelmente selecionou aqueles indivíduos que tinham um mecanismo de reparação eficaz. O mecanismo de reparação é o conjunto de estruturas como, enzimas e moléculas, que farão o trabalho de descobrir onde aconteceu uma mudança de base, ou algo do tipo, revertendo-a.

Irei aqui descrever brevemente alguns tipos de mutações mais frequentes e alguns mecanismos de reparação.

Um tipo de mutação que ocorre em um a cada 109 a 1010 nucleotídeos incorporados é a incorporação incorreta de nucleotídeos, ou seja, que não obedecem à ordem A-T e C-G. Esse mecanismo funciona basicamente da seguinte forma: quando a DNA polimerase vai fazer a transcrição, ela pode colocar, no lugar de uma Guanina por exemplo, uma Adenina para se emparelhar com a Citosina. Esse tipo de mudança, dependendo da sua localização na trinca que codificará um aminoácido, pode mudar totalmente a proteína. Para que isso não ocorra, a DNA polimerase tem uma região em sua estrutura chamada de subunidade revisora, a qual é responsável por identificar esse tipo de falha e fazer com que a polimerização se mova no sentido contrário, voltando no nucleotídeo errado para que a subunidade catalítica da DNA polimerase coloque a Guanina em seu lugar (no caso, a base certa).

Se por algum motivo alguma base errada passou despercebida, existe um tempo para que esse nucleotídeo seja removido e substituído. Esse é o tempo da fita recém sintetizada não estar ainda metilada. Sabe-se que a DNA metilase é uma enzima responsável por anexar um radical metil ao DNA. Quando a fita acaba de ficar pronta, esta enzima demora um certo tempo para entrar em ação. È durante esse período que o mecanismo de reparo conhecido como reparo por emparelhamento errado de bases, ou em inglês mismatch repair, entra em ação. Isso porque, como a fita não foi ainda metilada, ela pode ser diferenciada da fita-mãe, que já está com os radicais, fazendo com que uma série de enzimas desse sistema de reparo remova a parte da cadeia da fita que foi incorporada de forma errada e faça uma nova.

As causas dessa metilação são tema da epigenética, que estuda todas as mudanças no genoma (mais especificamente, na eucromatina) que são reversíveis e não alteram a sequência de nucleotídeos. Além disso, ela estuda como essas mudanças são passadas para os descendentes e como ocorrem essas mutações através do tempo, influenciadas por fatores ambientais.
Você pode estar se perguntando: por fatores ambientais? Mas isso não é Lamarck?

Isso mesmo! Recentemente, estudos publicados têm corroborado alguns dos argumentos de Lamarck. Um dos exemploes é o experimento divulgado na revista Nature em 2004, no qual foram selecionadas ratinhas grávidas que possuíam diferentes formas de cuidar de sua cria. Uma era extremamente cuidadosa, demonstrando esse cuidado pela forma de encurvar seu corpo para amamentar e proteger seus filhotes. Já a segunda mãe não apresentava os mesmos cuidados que a primeira ratinha. Foi observado que os filhotes da segunda rata tinham mais propensão à doenças do que os da primeira.

Foi analisado o DNA das mães e ficou demonstrado que o da segunda mãe possuía mais metil do que da ratinha cuidadosa. Em segunda análise, os pesquisadores observaram o material genético dos filhotes e verificaram que o DNA dos filhotes da mãe com pouco cuidado também era bastante metilado. Para verificar se a proprensão à doenças era ou não genética, as mães tiveram uma nova cria, porém, desta vez, os filhotes foram trocados - os filhotes da mãe cuidadosa foram para a mãe de pouco cuidado e vice e versa. Após certo tempo, com as mães cuidando dos filhotes trocados, foi novamente analisando o DNA dos filhotes. Verificou-se que os filhotes da mãe cuidadosa que desta vez, foram criados pela segunda ratinha, possuíam muito mais metil, assim como a mãe que criou. E os filhotes criados pela ratinha cuidadosa possuíam poucos.

Desta forma, podemos perceber que o modo como a ratinha mãe cuidou de seus filhotes influenciou na metilação do DNA de sua cria, dando maiores ou menores chances dele adquirir doenças no decorrer de sua vida. Porém, essa é uma área recente da ciência que esta se desenvolvendo e indo de encontro à algumas das premissas do evolucionismo darwiniano. Ela está descobrindo alguns segredos das mutações que podem ser incorporados ao arcabouço teórico que temos hoje, baseado nos trabalhos pioneiros de Darwin-Wallace e desenvolvido durante todo o século XX. Muitas coisas novas poderão vir e cabe a nós descobrirmos pois a ciência está constantemente sofrendo mutações e se aprimorando.

Bibliografia:
 
http://www.genetica.esalq.usp.br/pub/seminar/FSalvato-200702-Resumo.pdf

http://www.unesp.br/aci/revista/ed03/pdf/UC_03_evolução01.pdf

Ian C G, et al., Epigenetic programming by maternal behavior, Nature, 847 – 854

Matioli, S. R. Biologia Molecular e evolução, Ribeirão Preto: Holos, 2001. p. 40 – 50

Mendel, G.. Experiments in plant hybridization, Natural History Society, 1865, Abhandlungen, 3–47

Fonte figuras:

Fig. 01: http://biologia.laguia2000.com/wp-content/uploads/2008/09/mendel011.jpg
Fig. 02: http://faculty.ksu.edu.sa/17257/Pictures%20Library/WatsonJames-CrickFrancis.jpg
Fig. 03: http://www.invitrogen.com/site/us/en/home/Products-and-Services/Applications / RNAi-Epigenetics-and-Gene-Regulation/Methylation-Analysis-.html
Fig. 04: http://genetica.ufcspa.edu.br/seminarios%20monitores/epigenetica_texto_2007.pdf
Fig. 05: http://thumbs.dreamstime.com/thumb_41/1139435556sB71s6.jpg

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