O cheiro do medo

Todos sabem que ratos têm medo de gatos. Quem nunca assistiu a um dos episódios de Tom & Jerry? Ao dar de cara com o Tom, o Jerry sempre dava no pé, pois ele sabia que aquele era o seu predador. Ele era a caça e o Tom, o caçador. Mas você sabia que mesmo ratos nascidos em laboratório, que nunca chegaram perto de um gato na vida, reagem com medo ao sentir o cheiro de um gato? Esta é uma reação inata, a presa já nasce com ela, o que lhe dá uma grande vantagem para fugir do seu predador. Talvez por isso o Tom nunca tenha conseguido pegar o Jerry!

Até pouco tempo atrás, não se sabia exatamente como isso acontecia. Seria realmente o cheiro do predador que gerava a reação de medo? Como as presas detectam este cheiro e o interpretam como perigo? Como a presa é capaz de detectar e identificar o cheiro de diferentes predadores?

Cientistas do Instituto de Pesquisa Scripps (EUA) e da UNICAMP (SP, Brasil) realizaram experimentos com camundongos para tentar responder a estas perguntas.

Primeiro, eles viram que o olfato é realmente importante para causar a reação de medo. Um órgão chamado vomeronasal, presente no nariz destes roedores, possui neurônios sensoriais responsáveis pelo olfato. Os camundongos que tinham um defeito neste órgão não reagiam com medo ao odor de predadores. Já os camundongos com um órgão vomeronasal perfeito, reagiam com medo e com um comportamento defensivo. Além disso, as regiões do seu cérebro responsáveis pelo olfato eram fortemente ativadas. A partir destas observações, os cientistas puderam concluir que o órgão vomeronasal é importante para o reconhecimento olfativo de predadores.

Em seguida, eles descobriram que a reações de medo e defesa são acionadas por proteínas específicas chamadas Mup, presentes na urina, na saliva, nos pêlos e na pele de muitos predadores, mas também na urina dos próprios camundongos. Os pesquisadores viram que as proteínas Mup de outros animais ativam neurônios diferentes no órgão vomeronasal e levantaram a hipótese de que existam neurônios especializados em reconhecer proteínas Mup de diferentes origens.

Através da ativação de neurônios específicos, seriam geradas respostas comportamentais distintas para cada tipo de estímulo. Por exemplo, a proteína Mup presente na urina de camundongos induz agressividade em outros camundongos machos – uma forma de marcarem seu território. No entanto, as proteínas Mup de predadores naturais como gatos, ratos e cobras, induzem o comportamento defensivo e de medo nos camundongos.

Todas estas observações confirmam que o comportamento observado em camundongos diante de predadores é inato. O sistema nervoso destes animais é geneticamente programado para detectar predadores e para reagir com um comportamento defensivo, ainda que nunca tenham se deparado com um predador na vida.

No final das contas, mesmo antes do primeiro encontro, o Jerry sempre esteve um passo a frente do Tom!

                                                           

Referência:

Papes, F.; Logan, D.W. & Stowers, L. 2010. The Vomeronasal Organ Mediates Interspecies Defensive Behaviors through Detection of Protein Pheromone Homologs. Cell: 141, 692–703, May 14, 2010. DOI 10.1016/j.cell.2010.03.037

Neste link, além do artigo e um resumo gráfico do trabalho, tem um vídeo onde os pesquisadores explicam o seu trabalho (em inglês).

Há tempos...

Já faz um bom tempo que não escrevo aqui no blog. Idéias não faltam, falta apenas passá-las para o papel :-) Neste meio tempo, junto com a Lia, comecei a idealizar um blog de divulgação científica, mas por "motivos de força maior", este projeto está temporariamente parado. Como eu já tenho um texto pronto - escrito para este novo blog - vou publicá-lo aqui antes que a notícia fique velha!

Aproveito para pedir a opinião crítica daqueles que lerem o texto cujo público alvo são adolescentes e jovens adultos não biólogos.

1st PRIMO International School on Marine Ecology and Ecotoxicology - ISMEE

De 17 a 31 de outubro de 2010 acontecerá em Arraial do Cabo, Rio de Janeiro,  a Primeira Escola Internacional de Ecologia Marinha e Ecotoxicologia. O público alvo são alunos de pós-graduação, preferencialmente doutorandos em seu primeiro ano de curso. 

Estão previstas atividades relacionadas a ecologia, biologia marinha, metodologia científica, história da ciência, desenho experimental, análise de dados entre outras.

A escola é uma iniciativa do Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho (UFRJ) e da Conferência PRIMO (Pollutant Responses in Marine Organisms).

Veja mais informações e como se inscrever no site do evento:

http://bioletim.biof.ufrj.br/ismee

Participem e divulguem!!!

O todo é mais que a soma das partes.

Impressões sobre o Systems Biology Meeting – Ouro Preto – MG – 2010.

 “A ciência sempre estudou as partes como meio de entender o todo. Mas nem sempre as partes se encaixam ou podem ser corretamente interpretadas quando isoladas. Quando olhamos para o todo, temos a perspectiva correta para colocar todas as peças no lugar e entender todas as conexões da complexa e dinâmica rede de moléculas que regem uma célula."

                                   (RNAse Free, “Eu vejo um novo começo de Era”, 29/01/2010)

A biologia de sistemas se sustenta sobre esta premissa. Seu objetivo: entender como uma célula ou um organismo funciona como um todo. Um organismo é um sistema complexo formado por componentes de diferentes propriedades e pelas conexões entre eles. 

Avanços tecnológicos recentes têm permitido que tenhamos uma visão mais global dos processos biológicos através de técnicas que produzem grandes quantidade e diversidade de dados.

O sistema e seus componentes.

Grande parte dos projetos ainda está concentrada na identificação dos componentes que constituem os sistemas biológicos: genoma, transcriptoma, proteoma, metaboloma, lipidoma, etc. Mesmo assim, ainda faltam muitas “peças” para sermos capazes de montar a “máquina” da vida.

Se não conhecemos todas as suas peças, não podemos entender como esta máquina funciona e nem criar modelos universais que a descrevam. E quanto mais genomas, transcriptomas e proteomas são seqüenciados, mais encontramos genes e proteínas desconhecidas, RNAs não codificantes – pequenos ou longos – de funções ainda desconhecidas. Peças que ainda não sabemos onde se encaixam e nem o que fazem.

As conexões do sistema.

Para montar esta máquina, além de conhecer suas partes, temos que entender como elas se relacionam, como se conectam. Conhecer as conexões entre os componentes de um sistema é essencial para entendermos como ele funciona.  E, pelo que vi neste encontro, este é atualmente um dos maiores desafios. Para superá-lo é imprescindível o desenvolvimento de ferramentas computacionais para manejar, interpretar e integrar a enorme quantidade de dados gerados por técnicas cada vez mais “high throughput”.

Mas muitos avanços já foram feitos. Ferramentas estão sendo desenvolvidas para integrar estes dados, gerar modelos matemáticos e montar redes de interação.

Como eu já falei aqui, a complexidade dos organismos está intrinsicamente relacionada a sua capacidade de regular seus componentes. E grande parte das “novas peças” -  RNAs não codificantes e sequências genômicas antes consideradas DNA “lixo” – estão aparentemente envolvidas em mecanismos de regulação gênica. Entender estes mecanismos de regulação é um passo importante para saber como todas as peças se encaixam para formar um sistema funcional.

O sistema a nosso favor: biologia sintética.

A biologia de sistemas busca integrar diferentes tipos de dados, achar a conexão entre eles para, por fim, criar modelos que permitam prever fenômenos biológicos, dados os componentes envolvidos. Embora isso ainda não seja exatamente uma realidade, esta história já tem um belo começo e começa a gerar frutos. Aplicações biotecnológicas para todo este conhecimento já começam a surgir.

Conhecendo as peças de uma máquina, como se encaixam e como juntas funcionam, podemos modificá-la ou, seguindo os seus princípios, criar uma máquina nova. E é isso que a biologia sintética se propõe a fazer: criar sistemas biológicos modificados para, por exemplo, produzir biocompostos, com maior eficiência. Fazer com que a máquina trabalhe a nosso favor.

O sistema é multidisciplinar

Ao final de cada palestra, havia sempre uma longa lista de pessoas envolvidas no projeto: professores, pós docs, doutorandos, mestrandos, alunos de graduação e colaboradores externos. A biologia de sistemas é a integração de várias disciplinas e seus projetos só podem ser executados através da colaboração entre profissionais com diferentes especialidades e mesmo entre instituições com infra-estruturas complementares, uma vez que muitos dos equipamentos necessários não são banais, mesmo para instituições acima da linha do equador.

Alguns palestrantes mostraram, inclusive, um fluxograma de etapas e pessoas, mostrando como todos estão conectados e como um depende dos dados do outro para realizar o seu trabalho.

Há quem veja a especialização do conhecimento com maus olhos, mas convenhamos que não há outro jeito. Estes projetos envolvem biologia molecular, celular, bioquímica, matemática, estatística e ciências computacionais em níveis avançados. Dificilmente, um único ser humano seria excepcional em todas estas áreas. Mas embora cada um faça sua parte, é importante que todos tenham um conhecimento mínimo de todas as etapas envolvidas e do projeto como um todo e, assim, não percam a perspectiva.

Achei muito legal ver trabalhos serem feitos totalmente em colaboração. Todos em um grupo de pesquisa, trabalhando dentro de um mesmo tema, por um mesmo projeto, para responder perguntas diferentes, mas dentro de uma questão maior. Até onde eu sei, isso não é tão comum aqui no Brasil. Geralmente, é cada aluno com o seu projeto. Por mais que estes projetos tenham alguma relação ou estejam dentro de um mesmo tema, não são tão interconectados e colaborativos assim. Penso em como poderíamos produzir trabalhos mais completos, se pensássemos e trabalhássemos mais em equipe!

Systems Biology Meeting - Ouro Preto, MG.

Entre 25 e 29 de abril estarei no Brasil Deutschland Systems Biology meeting, em Ouro Preto (MG).

A biologia de sistemas busca integrar dados heterogênos - derivados das muitas ômicas existentes hoje em dia - e, assim, construir uma visão sistêmica dos processos biológicos.

A programação está bastante interessante e conta com palestras sobre diferentes  bancos de dados e plataformas de biologia de sistemas, além de palestras sobre redes gênicas, microRNAs, biologia de sistemas do RNA e sobre o sequenciamento do transcriptoma de tumores através de uma abordagem ainda bastante recente chamada RNA-seq.

Na medida do possível, postarei atualizações sobre o evento durante a semana!

Aniversário: dois anos no ar!

Hoje, o RNAse Free completa dois aninhos no ar! E por uma coincidência bem legal é também a minha defesa de mestrado. Por esta razão, vou ficar devendo um post-científico-comemorativo. Mas é por boas razões :-)

Nos últimos 2 anos, compartilhei aqui muitas das coisas que aprendi, mas o blog também me serviu de incentivo para estudar e aprender coisas novas O que a princípio não me pareceu ser uma boa idéia, acabou me conquistando e, hoje, adoro postar!

Por mais que eu tente escrever também sobre coisas não relacionadas ao meu trabalho, eu não consigo fugir muito da biologia molecular e da genética. Não tem jeito: adoro! Depois destes 2 anos, me convenci que o blog é um espaço legal também para discutir algo tão específico. Por mais que não bata recordes de acesso, o blog é diariamente acessado  (média de 20/dia) e volta e meia faço novos contatos e troco idéias com outras pessoas da área.

Por isso, agora o RNAse Free está oficialmente vestindo a camisa da biologia molecular e genética (com pitadas de bioinformática para modernizar a coisa), agora que tenho pelo menos mais 4 longos anos nesta vida de bancada para encher o blog com posts sobre estes assuntos.

Mas além disso, eu quero este ano, FINALMENTE, tirar do papel a idéia de fazer um segundo blog, voltado para divulgação científica. Primeiro, porque eu gostaria de contribuir  com a divulgação da ciência produzida, principalmente, nas universidades brasileiras. Mas também porque, para escrever e manter um blog como este, eu vou ter que trabalhar muito a minha escrita e a minha capacidade de explicar as coisas de uma forma compreensível para pessoas-não-biólogas-moleculares (quase o mundo inteiro). E estas são habilidades que eu preciso melhorar! Vamos ver se desta vez sai! :-)

"Eu vejo um novo começo de era"

2010. Estamos fechando a primeira década do milênio. E para a biologia molecular, este começo foi muito bom: cada vez mais aumenta o número de variáveis avaliadas por experimento. Genomas e mais genomas inteiros são seqüenciados, experimentos com milhares de genes e proteínas são feitos. Ao invés de olhar para cada gene separadamente, agora, podemos ver como todos os genes de um organismo se comportam ao mesmo tempo. Estamos na era das ômicas.

A ciência sempre estudou as partes como meio de entender o todo. Mas nem sempre as partes se encaixam ou podem ser corretamente interpretadas quando isoladas. Quando olhamos para o todo, temos a perspectiva correta para colocar todas as peças no lugar e entender todas as conexões da complexa e dinâmica rede de moléculas que regem uma célula.

Mas para olhar para o todo e, de fato, enxergar tudo, ainda é preciso desenvolver meios melhores de manejar e, principalmente, integrar dados heterogêneos derivados do genoma, do transcriptoma, do proteoma, do metaboloma...

Parece um quebra-cabeça infinito!

Enquanto ainda estamos aprendendo a lidar com tanta informação, estão surgindo novas técnicas de sequenciamento de DNA que prometem impulsionar ainda mais este salto, das partes para o todo. Por 30 anos, o método de sequenciamento de DNA de Sanger é usado por toda a comunidade científica. Desde a sua publicação, em 1977, este método foi otimizado e automatizado ao ponto de permitir o sequenciamento de todo o genoma humano, concluído em 2003.

No entanto, em relação ao custo e principalmente a velocidade de produção de sequências, a “próxima geração de sequenciamento” deixa o método Sanger no chinelo. Para se ter uma idéia, em uma única corrida em um destes novos equipamentos, é possível produzir uma quantidade de sequências para a qual seriam necessárias 50 corridas em um equipamento pelo método de Sanger. Um pequeno genoma bacteriano poderia ser seqüenciado em uma única corrida. É um salto tecnológico sem precedentes!

É claro que nem tudo são flores, a maioria destas tecnologias produz sequências tão curtas quanto 20pb, mas outras já chegam a 400pb e, possivelmente, este número ainda deve aumentar. O maior desafio tem sido gerar ferramentas de bionformática para lidar com estes dados, mas esta corrida também já foi lançada.

Estas técnicas já estão sendo aplicadas a diferentes questões, em estudos metagenômicos, no sequenciamento de genomas e transcritptomas, como meio de inferir os níveis de expressão gênica em organismos sem qualquer sequência conhecida e mesmo para estudar o acúmulo de mutações em escala genômica ao longo das gerações de uma linhagem bacteriana. Novamente: é um salto tecnológico sem precedentes!

Para quem se interessar, recomendo a leitura destes dois artigos:

Stephan C Schuster. Next-generation sequencing transforms today's biology. Nature methods 5: 16-18 (2008). 

Metzker ML.Sequencing technologies — the next generation. Nat Rev Genet. 2010 Jan;11(1):31-46.

PCR: uma boa idéia!

A PCR (reação em cadeia da polimerase) sem dúvida foi uma invenção que revolucionou a biologia molecular ao permitir a síntese de DNA in vitro. Através desta técnica, é possível produzir bilhões de cópias de um segmento de DNA específico, a partir de uma única molécula! Pelo menos, em um mundo perfeito. Mais de duas décadas depois da sua invenção, já são muitas as variações e aplicações da PCR como no diagnóstico de doenças, na contagem de carga viral, na detecção de patógenos, em exames forenses e  como ferramenta em uma quase infinita lista de abordagens de pesquisa.

Kary B. Mullis foi o cara que inventou o PCR e por isso ganhou o prêmio nobel de química de 1993. Na época, ele trabalhava em uma empresa a quem vendeu sua idéia pela quantia irrisória de 10 mil dólares. A empresa vendeu a patente por 300 bilhões de dólares! Ou seja, Kary se deu mal, mas ganhou seu 1 milhão de dólares do prêmio Nobel e, hoje, ainda ganha muito dinheiro vendendo livros e dando palestras por aí.

Na verdade, há quem diga que Mullis somente incrementou o processo já descrito por H. Gobind Khorana e Kjell Kleppe, 17 anos antes, quando  conseguiram duplicar e, em seguida, quadruplicar uma pequena molécula de DNA sintético usando um par de primers e uma DNA polimerase. De qualquer forma, foi um "incremento" que fez toda diferença: usar a ciclagem de temperaturas e uma DNA polimerase resistente ao calor, uma vez que a cada ciclo é preciso aquecer o DNA a 94ºC para separar a dupla fita, o que tornava necessário adicionar mais DNA polimerase a cada ciclo.

Eis uma citação de Millis sobre como ele teve a idéia da PCR:

“Sometimes a good idea comes to you when you are not looking for it. Through an improbable combination of coincidences, naiveté and lucky mistakes, such a revelation came to me one Friday night in April, 1983, as I gripped the steering wheel of my car and snaked along a moonlit mountain road into northern California’s redwood country. That was how I stumbled across a process that could make unlimited numbers of copies of genes, a process now known as the polymerase chain reaction (PCR).”

Kary B. Mullis, Scientific American (1990) 262:36.

Eu não acredito em sorte, mas em mentes preparadas para enxergar uma nova idéia...alguns podem chamar de inspiração, mas acho que é um conjunto de fatores, não apenas conhecimento e inteligência, mas maturidade, desprendimento e persistência. É ter em mãos um punhado de coisas aparentemente inúteis e enxergar algo grande que se pode fazer com elas. E depois todos dizem, “como eu não tive esta idéia antes?”. As melhores idéias, quando expostas parecem muito simples, tão simples que ninguém nunca pensou antes! Para mim, a sofisticação está na simplicidade. Em diversos contextos. E por mais estranho que pareça, nem sempre é fácil encontrar a solução mais simples. Mas pode parecer mais inspirador ouvir que estas idéias surgem assim, como uma lâmpada que acende de repente por pura "sorte", como a "revelação" descrita por Mullis.

Anyway, obrigada Mullis! O que seria de nós sem o PCR....

Diário de uma mestranda: Perspectivas 2010

Entrando no clima de final de ano, pensei em fazer uma retrospectiva 2009 acadêmico-científica. Mas pensando bem, muita coisa seria repetição do que já escrevi aqui, outras seriam repetição de coisas sobre as quais já tenho exaustivamente pensado para desenvolver e escrever minha dissertação. Embora, academicamente, o meu ano não esteja terminando, acho que o momento é de olhar para frente e não para trás. Por isso, faço uma perspectiva 2010! Acho que a incapacidade de enxergar e entender as consequências é uma das principais coisas que nos levam a errar, em qualquer área: na ciência, na política, na vida. Por isso, é sempre bom nos planejarmos, pensarmos no depois, nas consequências. É claro que o dia primeiro de janeiro é apenas o dia seguinte do dia 31 de dezembro. Não há mágica nisso. O mundo e as pessoas continuarão sendo as mesmas. Mas não contamos o tempo á toa, aproveitemos, então, a virada de mais um ciclo para virar também velhas páginas e abrir novas...

Eu vou começar o ano fechando um ciclo de dois anos, o mestrado, e começando (assim espero) um outro ciclo, o doutorado. Entre janeiro e março, tenho que terminar de escrever minha dissertação, apresentar a prévia e a temida defesa, além de me preparar para a seleção de doutorado. Além de ser um momento tenso por si só, também é um momento que me faz pensar nas minhas escolhas. Seguir um doutorado é uma escolha importante, um compromisso de quatro anos e, em grande parte, um tiro no escuro. O que fazer depois do doutorado? Quais as possibilidades de emprego? Eu quero mesmo chegar aos 30 anos de idade como bolsista, sem 13º salário, sem assinaturas na carteira, ainda uma estudante, sem garantias de emprego, trabalhando horas extra sem receber nada a mais por isso? É claro que não era isso que eu sonhava estar fazendo aos 30 anos. Mas é o único caminho para quem quer ser cientista no Brasil. E como eu não me vejo fazendo outra coisa, é o caminho que eu vou seguir. 

A situação já foi muito pior, com bolsas menores e em menor número. Mas ainda assim, considerando-se que grande parte da pesquisa no Brasil acontece em instituições de ensino públicas, os pós-graduandos e pesquisadores brasileiros são ainda muito desvalorizados. E apesar das perspectivas não serem animadoras, sigo a minha intuição de continuar fazendo aquilo que gosto.

Apesar de tudo isso, ou melhor, devido a toda esta escassez de recursos, a concorrência para ingressar na pós graduação das melhores (e poucas) universidades é grande! Então, o ano já vai começar nesse clima, mais uma vez tendo que vencer a corrida para continuar nesse longo caminho...E depois será voltar ao trabalho no projeto de doutorado e projetos paralelos, começar a pensar e escrever o artigo do mestrado...pois depois de tudo isso a única coisa que contará para conseguir bolsas de pós doc, um emprego e mesmo verbas para pesquisa é o "número de artigos publicados"! Um índice nada cientifico para indicar quem é "melhor" que quem pelas agências de fomento e universidades.

Uma das coisas que eu pretendo correr atrás durante o meu doutorado é expandir meus horizontes na biologia. Isso mesmo. Não quero terminar o doutorado sabendo muito de quase nada. Uma tendência de quem faz doutorado. Aliás, uma tendência dos cursos de doutorado que, em geral, não oferecem oportunidades de expansão mas, sempre de especialização em uma área particular de conhecimento. E pretendo começar a fugir disso pelo blog, começando a escrever cada vez mais sobre coisas não relacionadas ao que eu faço no laboratório. Quem sabe,  nascerá um novo blog com um perfil diferente deste! (Pois a verdade, é que eu também gosto muito de discutir detalhes mínimos de biologia molecular que só interessam a outros biológos moleculares, assim, também gostaria de manter este blog como ele é atualmente)

Bom, mas para eu conseguir concluir minhas metas até março, vou ter que deixar o RNAse Free um pouco de lado, por enquanto...se eu resistir a escrever aqui de vez em quando. Embora os textos nunca fiquem como eu gostaria, escrever aqui é um exercício que eu gosto de fazer mas que toma alguma parte do meu tempo. Tempo que preciso gerenciar melhor nos próximos 3 meses.

Aos meus 3,5 leitores:

Boas festas! Um 2010 de sucesso, com muitas bolsas e verbas concedidas!

E podem continuar deixando comentários ou enviando e-mails.

Por que leveduras cometem suicídio?

Em organismos multicelulares, é comum a ocorrência do "suicídio celular", mais formalmente  conhecido como "morte celular programada" ou "apoptose". Trata-se de um processo controlado, um mecanismo que quando ativado, leva a célula a auto-destruição. Pode parecer loucura que nossas células cometam suicídio, mas são vários os contextos nos quais este "sacríficio" é necessário para o benefício do organismo como um todo. Através da apotose, células danificadas, velhas ou apenas que se tornaram desnecessárias são eliminadas do organismo. Por exemplo, as células do epitélio da pele estão sempre se renovando. Há uma camada basal de células que estão sempre se dividindo e dando origem a células novas para renovar o tecido e, em contrapartida, as células velhas, que estão no topo, entram em apoptose, ou seja, ativam o mecanismo de morte celular programada e...morrem. Assim, embora novas células estejam sempre sendo produzidas, o número total de células no tecido permanece constante.  Em equilíbrio. Outro exemplo muito bonito da dedicação das nossas células para com o bem estar do organismo como um todo é a apotose induzida pelos linfócitos T citotóxicos, um dos tipos celulares sanguíneos que cuidam da defesa do organismo. Quando ele encontra uma célula infectada por um vírus, ele faz com que ela se mate, impedindo que o vírus se reproduza e infecte outras células. A apoptose tem sido muito bem estudada e são muitos os outros contextos em que ela ocorre. Todos "justificados", as mortes não são em vão! 

Antes de eu trabalhar com moluscos, eu trabalhei com leveduras, fungos unicelulares que além de serem usados como fermento são muito estudados como um modelo "mínimo" de célula eucariótica. Um dia eu me deparei com um artigo que dizia que leveduras entram em apotose e não entendi nada, pois neste caso, o organismo é uma única célula. Quais razões justificariam um indvíduo cometer suicídio? Esta pergunta ficou na minha cabeça e tempos e tempos depois achei totalmente por acaso uma revisão que discutia as possíveis razões para a apoptose em leveduras e as implicações evolutivas que fazem com que  elas tenham uma boa razão pela qual morrer! 

 Morte em tempos de amor


Leveduras expostas a ferormônios (substâncias químicas que permitem que uma levedura reconheça outra para a reprodução sexuada) mas que não tenham achado um "parceiro" entram em apoptose. Isso sugere que a morte celular, neste caso, seja utilizada para eliminar células inférteis ou danificadas. Não reproduziu, "dançou". Isso que é seleção natural!

Morte em tempos de paz


Leveduras assim como muitos outros microrganismos podem formar comunidades chamadas "biofilmes". Por exemplo, um único esporo pode cair sobre uma fruta. Após muitas e muitas divisões celulares, todas as células  ali presentes terão se originado de uma mesma célula inicial e, portanto, constituem um mesmo "clone" que coloniza a fruta. Quando a quantidade de nutrientes começa a acabar (a fruta está chegando ao fim), as células mais velhas ou que já estão danificadas entram em apoptose para assim poupar nutrientes para as células mais jovens e que têm mais chances de sobreviver! Nesse caso, o "clone" é o que importa. E vale tudo, inclusive a morte de alguns indivíduos, para que ele continue a se propagar. Este "comportamento" está de acordo com a definição clássica de altruísmo: aumenta o fitness do grupo e diminui o do invidíduo altruísta.


Morte em tempos de guerra


Sim, as leveduras podem ser altruístas...mas também podem ser assassinas! Muitas leveduras carregam vírus que produzem toxinas para as quais são imunes. Assim, quando uma determinada linhagem "assassina" está colonizando uma fruta e uma mosca pousa na mesma trazendo células de uma linhagem diferente que não carrega consigo este vírus, a linhagem assassina irá liberar toxinas e, assim, eliminar a linhagem concorrente! Baixas doses destas toxinas induzem apoptose nas células de levedura suscetíveis...levando-as a morte.

Referência:

Buttner, S., Eisenberg, T., Herker, E., Carmona-Gutierrez, D., Kroemer, G., & Madeo, F. (2006). Why yeast cells can undergo apoptosis: death in times of peace, love, and war The Journal of Cell Biology, 175 (4), 521-525 DOI: 10.1083/jcb.200608098

Branqueamento de corais: o mundo menos colorido

Outro dia, me deparei com um quadro com uma foto panorâmica de uma barreira de corais. Simplesmente lindo. Mas sua importância vai muito além da beleza. Os recifes de corais  são o habitat de 25% das espécies marinhas e por isso constituem o ecossistema marinho com maior diversidade biológica. Infelizmente, eu nunca vi um recife de corais, como o da foto acima, pessoalmente e do jeito que as coisas andam talvez eu nunca tenha este previlégio. Os corais são bastante sensíveis pois não toleram grandes variações das condições ambientais como a temperatura, radiação UV, salinidade, quantidade de nutrientes e transparência da água. Com isso, estes animais estão seriamente ameaçados devido a uma série de fatores que alteram o seu ambiente, como a poluição aquática. Os níveis crescentes de CO2 na atmosfera também são uma ameaça pois este gás quando dissolvido torna a água mais ácida e esta acidificação seria um sério problema para os corais formarem e manterem seus esqueletos.

Um dos problemas que afetam os corais e que tem se tornado cada vez mais frequente é o chamado "branqueamento". Os corais mantém simbiose, uma relação de "ajuda" mútua, com microalgas chamadas zooxantelas. Estas microalgas vivem no interior dos tecidos dos pólipos dos corais,  onde estão ao abrigo de predadores e expostas à luz necessária para realizarem fotossíntese. Em troca, as microalgas liberam compostos orgânicos que os corais utilizam para a produção de energia. Na verdade, os tecidos dos corais são brancos e os pigmentos das zooxantelas que dão cor aos corais. O branqueamento dos corais é uma consequência da quebra da relação simbiótica existente entre estes dois organismos e pode ocorrer como resposta a diversas condições de estresse, entre as quais estão o aumento da temperatura da água e da intensidade de radiação solar, ambas consequências dos mudanças climáticas recentes. Como as mudanças climáticas afetam grandes áreas geográficas, podem resultar na morte em grande escala destes animais.

Os mecanismos moleculares e celulares envolvidos com o branqueamento de corais são ainda pouco entendidos. Acredita-se que isso ocorra como consequência de uma redução na densidade de microalgas devido a perda das células do coral onde elas estão localizadas. Outras hipóteses envolvem as vias de morte celular por necrose e apoptose das células do coral e/ou das próprias microalgas,  a digestão das zooxantelas pelo coral ou ainda a  liberação das microalgas por exocitose.

Um estudo publicado em 2008, na Molecular Ecology, usou um microarranjo de DNA para avaliar a expressão de 1310 genes da espécie de coral Montastraea faveolata em função do estresse térmico e do branqueamento. Baseado nos resultados obtidos, os autores sugerem que o estresse oxidativo causado pelo aumento da temperatura resulte num desequilíbrio da homeostase de cálcio, causando mudanças na adesão celular e na organização do citoesqueleto, diminuição da calcificação e iniciação da morte celular via necrose e apoptose.

Um segundo estudo publicado este ano na BMC Physiology  identificou dois genes da espécie Pocillopora damicornis que estariam potencialmente envolvidos no processo de branqueamento. Um deles codifica uma proteína lectina do tipo C que atua na interação entre as zooxantelas e as células hospedeiras (do coral). O segundo gene está envolvido com a calcificação e mostrou-se reprimido durante o branqueamento, evidenciando a paralização deste processo em condições de estresse. Este estudo sugere que, sob estresse térmico, a fotossíntese resultaria em estresse oxidativo tanto nos simbiontes como nos corais. Este estresse faria com que as células do coral deixassem de reconhecer as microalgas como simbiontes e passassem a reconhê-las como algo tóxico. Esta hipótese explica qual seria o evento inicial que levaria as as células hospedereias a digerir ou expulsar as microalgas, assim como, em último caso, ativarem mecanismos de morte de celular.

Referências:

DeSalvo MK et al (2008) Differential gene expression during thermal stress and bleaching in the Caribbean coral Montastraea faveolata.Mol. Ecol., vol 17 (17): 3952-3971

Vidal-Dupiol et al (2009) Coral bleaching under thermal stress: putative involvement of host/symbiont recognition mechanisms. BMC Physiol: 9: 14.

Metagenoma de...cocô humano!

Já que tenho que escrever um relatório sobre uma série de artigos para uma disciplina, vou aproveitar para comentar alguns aqui. E este título não é uma piada! Os autores fizeram uma análise metagenômica do intestino distal humano, usando amostras de fezes como fonte de DNA.

A metagenômica consiste em sequenciar o DNA de uma comunidade de microorganismos encontrados em um determinado ambiente. Por exemplo, o solo, a água de um rio ou a água presente nas fontes hidrotermais são exemplos de microambientes que poderiam ser estudados desta forma. Portanto, a metagenômica se dedica a sequenciar, ao mesmo tempo, o DNA de todos os organismos presentes em um microambiente, sem fazer distinções.

Esta abordagem é interessante, pois, é difícil isolar os microorganismos do ambiente e cultivá-los separadamente em laboratório para então estudar seus genomas. Na verdade, a maioria deles não pode ser cultivado em laboratório. E os autores do artigo que comento usaram esta abordagem para estudar os microorganismos presentes no intestino humano, sequenciando o DNA extraído de fezes, que são em grande parte  formadas por bactérias que antes lá estavam.

Bom, mas o que fazer com um monte de sequências que não sabemos nem de que espécies são? Esta é a parte que achei mais interessante no trabalho. Como era de se esperar, eles avaliaram a diversidade de microorganismos presentes nas amostras, mas este não foi o foco do trabalho. Após identificar a função dos genes seqüenciados e de quais vias metabólicas participam, eles se concentraram em fazer uma análise comparativa entre o metabolismo humano e o dos microorganismos presentes no intestino distal.

E eles viram que a variedade de vias metabólicas executadas pelos nossos “microorganismos de estimação” é muito maior que aquela presente no nosso genoma. E o mais importante, que muitas das enzimas destas bactérias exercem funções importantes para o bom funcionamento do nosso organismo. Só para ter uma idéia, o nosso metabolismo não tem a maior parte das enzimas necessárias para degradar certos polissacarídeos de origem vegetal e os autores deste trabalho encontraram ao menos 81 diferentes famílias de enzimas que degradam estes compostos entre os genes dos microorganismos presentes no nosso intestino distal. Também foi visto uma grande diversidade de genes para enzimas relacionadas ao metabolismo de fibras e produção de ácidos graxos de cadeia curta, que representam até 10% das calorias que extraímos da nossa dieta por dia e que sem estas bactérias não seriam aproveitadas pelo nosso organismo. Estes ácidos graxos são a principal fonte de energia para as células do intestino e, portanto, são importantes para o fortalecimento da mucosa intestinal. 

Mas este é um trabalho inicial, onde foram analisadas apenas as fezes de duas pessoas saudáveis, mas que abre as portas para muitas perguntas que poderiam ser respondidas também através da metagenômica. Como de que forma, doenças, a dieta, o consumo de remédios e outros dos nossos hábitos, influenciariam e/ou modificariam o metabolismo microbiano no intestino? 

Este artigo me fez ver, ainda mais, quanta informação pode ser tirada de um punhado de sequências de DNA quando se faz a pergunta certa e se sabe quais ferramentas usar! E ,é claro, acho que ninguém mais verá seus excrementos da mesma forma! Digam "muito obrigado" antes de dar a descarga! 

Gill, S. (2006). Metagenomic Analysis of the Human Distal Gut Microbiome Science, 312 (5778), 1355-1359 DOI: 10.1126/science.1124234

"Genes órfãos": os mestres no jogo da evolução

Mangue (Estuário)

 A diversidade biológica é algo impressionante. A quantidade de espécies explorando os mais variados ambientes é imensa. Alguns organismos vivem no fundo do oceano, a milhares de metros de profundidade, na ausência de luz, com poucos nutrientes disponíveis e suportando pressões elevadíssimas. Outros se especializaram em viver dentro de um outro organismo, como as milhares de bactérias que habitam nosso corpo, algumas causando doenças, mas a maioria mantendo conosco uma relação amigável. Outros exemplos incluem espécies que vivem em ambientes de transição entre um rio e o mar, chamados estuários. Ao contrário dos ambientes citados anteriormente, que são extremos, o estuário é um ambiente no qual é difícil de se viver por um motivo diferente: está sempre mudando, pois está sobre a influência das marés. Quando a maré sobe, há uma maior quantidade de água salgada e menor de água doce, proveniente do rio e quando baixa, esse quadro se inverte. Assim,  a quantidade de sal na água varia com a maré,  aumenta e baixa, mas nunca chega ser totalmente doce ou salgada, é algo intermediário, salobra. Além disso, também em função da maré, as margens  ora estão expostas ao ar, ora, alagadas. Mas mesmo sendo um ambiente tão instável nele encontramos plantas, peixes, crustáceos, minhas queridas ostras e ainda muitos outros organismos que de alguma forma lidam com estas variações e ali vivem muito bem.

Diante de toda esta diversidade biológica, de qual citei apenas alguns exemplos, e de adaptações necessárias para ocupar ambientes tão diferentes era de se esperar que as sequências de DNA fossem igualmente diversas. Mas não são. E esse é um dos grandes paradoxos da biologia atual. Espécies completamente diferentes têm muito mais em comum do que se esperava. E muito se tem discutido sobre as origens genéticas da diversidade biológica. No primeiro post que escrevi sobre isso, discuti como os mecanismos de controle de expressão gênica poderiam colaborar com a geração desta diversidade.

No entanto, ironicamente, os biólogos moleculares têm dado muita atenção ao que os organismos têm em comum e pouca ou nenhuma ao que têm de diferente. Como disse no último post, muitos genomas foram ou estão sendo sequenciados. Até então, todos eles apresentam uma proporção de genes (algo em torno de 10-20%) que não se assemelham a nenhum outro gene já descrito, são os chamados "genes órfãos". Pouco se discute sobre o papel destes genes na biologia destes organismos e sobre as suas implicações evolutivas.

Um artigo muito interessante, cuja indicação peguei em um outro blog, discute a questão destes genes que são órfãos apenas da atenção dos biológos moleculares. O artigo discute alguns pontos sobre estes "genes taxonomicamente restritos" (TRGs - Taxonomically Restricted Genes), uma nomeclatura mais cuidadosa que considera a sua distribuição restrita a um táxon. O artigo discute que alguns genes seriam de fato espécie-específicos, enquanto outros estariam presentes também em outras espécies de um mesmo grupo taxonômico, mas tal homologia não teria sido ainda identificada, uma vez que a maioria das espécies não teve ainda seu genoma sequenciado.

Os TRGs estariam relacionados com as "novidades evolutivas" de cada espécie ou grupo, que são algumas das características que os taxonomistas usam para diferenciar uma espécie da outra. Diante de mudanças no ambiente, estes genes podem ter sido críticos, ao conferir alguma vantagem para o organismo explorar aquele novo ambiente e estariam relacionados com adaptações espécie-específicas. Como exemplo são citados alguns TRGs  que já foram associados com os nematocistos, estruturas exclusivas dos cnidários e de grande importância na captura de presas e como mecanismo de defesa.

Portanto, os TRGs junto com os diferentes mecanismos de controle da expressão gênica podem ser a força motora que ao longo da evolução gerou a diversidade biológica que tanto nos impressiona. O grande elefante branco é sabermos quais as funções destes genes, que proteínas eles codificam e a que adaptações estão relacionados. Acredito que muitos deles devem  estar diretamente ligados a forma como os organismos se relacionam e respondem a mudanças no ambiente, processos como  quimiorecepção, processos imunológicos e respostas a condições de estresse.

Por ora, eu só gostaria de saber quais são as funções dos 50% de "genes órfãos" que tenho encontrado nas espécies que estudo, uma das quais habita um ambiente estuarino e que portanto pode ter adaptações interessantes até então ignoradas. Mas que no que depender de mim, estes "genes órfãos" serão "adotados" :)

Leia também: O Jogo da Evolução.

Referência (vale a pena ler!)

Khalturin K, Hemmrich G, Fraune S, Augustin R, & Bosch TC (2009). More than just orphans: are taxonomically-restricted genes important in evolution? Trends in genetics : TIG, 25 (9), 404-13 PMID: 19716618

Telefone sem fio

Um problema crescente que acontece quando tentamos identificar a função de um gene me lembrou uma brincadeira de criança: o telefone sem fio! Aquela brincadeira onde as crianças sentam-se uma do lado da outra e a primeira da fila diz uma mensagem (bem baixinho) no ouvido da segunda que deve repetí-la para a terceira até chegar a última que tem que dizer a mensagem em voz alta, que geralmente já está bem diferente da original! É a velha história do "quem conta um conto, aumenta um ponto"! O mesmo tem acontecido com a anotação funcional de genes, o processo de identificação das funções associadas a um gene.

Atualmente, uma quantidade enorme de sequências de DNA está sendo produzida e depositadas nos bancos de dados, que já contém um número absurdo de sequências . Vários genomas já foram concluídos, outros tantos estão em andamento, assim como muitos projetos de sequenciamento de mRNA (cDNA). Isso tudo é muito bom, é claro! Mas um dos principais problemas atuais é lidar com esta quantidade imensa de informação e identificar onde estão os genes e quais as suas funções, como já discuti um pouco aqui.

Quando o sequenciamento de DNA não era ainda um "lugar-comum" e, consequemente, a velocidade com que novas sequências surgiam não era tão grande como hoje, muitos dos genes tinham sua função estudada experimentalmente,de maneira mais minuciosa. Mas em um mundo onde milhares de sequências podem ser produzidas por dia, não é mais possível fazer isso para todas as sequências geradas. 

Como a sequência de DNA determina a sequência de aminoácidos das proteínas e a função destas, em geral, depende da sua sequência, proteínas que tenham a mesma função, também devem ter a mesma sequência! Ou, ao menos, devem ser bem parecidas! E surge a era do "comparar para identificar", pois similaridade pode indicar homologia!Assim, hoje em dia ,quando identificamos uma nova sequência gênica, tentamos achar nos bancos de dados se já existe alguma outra sequência similar com uma função conhecida. O passo crucial é decidir se esta similaridade basta para dizermos que a nossa sequência até então desconhecida deve ter realmente as mesmas funções daquela com que é parecida. Para isso existem critérios, mas nem todos usam os mesmos critérios. Uns são extremamente rígidos enquanto outros deixam a coisa "correr solta". 


E assim começa o problema que chamei de "telefone sem fio":


Um primeiro pesquisador deposita no banco de dados uma sequência X, à qual atribuiu a função Y através de experimentos.

Um segundo pesquisador, com uma nova sequência em mãos (Z), descobre que ela é extremamente similar ao gene X e, então, inclui a nova sequência Z no banco de dados, como um gene de função Y também. 


Um terceiro pesquisador, com mais uma sequência nova (W), descobre que ela tem alguma similaridade com a sequência Z, mas esta similaridade não é tão grande assim, mas se encaixa nos "critérios" frouxos que ele estabeleceu. E ele também atribui à sua sequência W, a função Y, uma anotação possivelmente errada.


Um quarto pesquisador, por tabela, atribui à sua sequência N, extremamente similar a W, a função Y. Apesar de a similaridade ser verdadeira neste caso e de as sequências W e N serem provavelmente de fato homólogas, a função associada à elas é errada. 

 

 Cada cor representa um  nucleotídeo. Notem que os genes X e Z são bem semelhantes, enquanto que os genes Z e W, não, mas mesmo assim foram designados como homólogos e como tendo a mesma função. Os genes W e N são bastante semelhantes e, provavelmente, homólogos, mas não são homólogos de Z e X e, por isso, foram erroneamente identificados com a função Y (a função original de X). Pode parecer complicado, mas é apenas uma cadeia de comparações para ver quem é parecido com quem.


E esse erro vai ser passado para frente. E novos erros podem ser introduzidos nesta cadeia. Quanto mais perto da última "criança da fila", maior a chance de estar inferindo uma função errada.

Este problema tem sido agravado por ferramentas de "anotação eletrônica", usadas para identificar a função de novas sequências através de resultados de similaridade com sequências conhecidas, sem nenhuma avaliação manual feita por um pesquisador que poderia identificar casos onde a associação feita não é verdadeira.


Isso não quer dizer que não devemos lançar mão destas ferramentas. Elas são a única saída quando se tem 100, 1000 e até centenas de milhares de sequências em mãos. Mas temos que ser cuidadosos, não relaxar nossos critérios.

O Blast2GO sobre o qual já tanto falei aqui, mas nunca expliquei bem, é uma ferramenta para a anotação funcional de genes, principalmente de organismos modelo não tradicionais, como a ostra e a vieira que estudo. Como não há projetos genoma para estas espécies e outras  próximas é ainda mais difícil identificar suas sequências e os resutados das buscas por similaridades geralmente indicam sequências de organismos distantes filogeneticamente. Então, o cuidado tem que ser redobrado!

Através do Blast2GO é possível submeter as novas sequências a buscas por similaridade usando o algoritmo BLAST. O programa então identifica quais são as funções associadas às sequências similares, resultantes do BLAST, em diversos bancos de dados: os de termos de ontologia gênica (uma iniciativa bem legal, sobre a qual  um dia, ainda escreverei aqui), o de domínios conservados - regiões das proteínas que são particularmente importantes para alguma função - o banco de dados de enzimas, de vias metabólicas e por aí vai...

E a última etapa do Blast2GO é anotação funcional. Anotar ou não anotar, eis a questão. E neste momento, o blast2go é inovador, com a sua "regra de anotação". Para decidir se cada sequência deve ser associada a uma ou mais funções, o programa usa uma fórmula para determinar a anotação mais específica. Esta fórmula considera não apenas a percentagem de similaridade entre as sequências, como também o código de evidência, que indica de que forma aquela função foi atribuída a sequência similar ("a criança que estava antes na fila") penalizando anotações eletrônicas e dando pontos extras a anotações experimentais. Existindo ainda outras possibilidades de evidência para as quais se pode atribuir diferentes pesos na regra de anotação.


Assim, o Blast2GO nos ajuda a lidar com o problema do telefone sem fio, permitindo que se pese as evidências antes de bater o martelo e concluir a anotação. E é claro, sem perder a praticidade, milhares de sequências podem ser processadas por vez. Mas a regra de anotação é aberta e o pesquisador pode modifica-la de acordo com seus critérios. Então, o bom senso é e sempre será essencial.


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Para saber mais sobre o Blast2GO: http://www.blast2go.org

Papers:

Stefan Götz, Juan Miguel García-Gómez, Javier Terol, Tim D. Williams, María José Nueda, Montserrat Robles, Manuel Talón, Joaquín Dopazo and Ana Conesa. High-throughput functional annotation and data mining with the Blast2GO suite.Nucleic Acids Res. 2008 June; 36(10): 3420–3435.

Ana Conesa, Stefan Götz, Juan Miguel García-Gómez, Javier Terol, Manuel Talón and Montserrat Robles. Blast2GO: A universal tool for annotation, visualization and analysis in functional genomics research.Bioinformatics 2005 21: 3674-3676