28/04/2023 - 8:36
Nos últimos 100 milhões de anos, os mamíferos se adaptaram a quase todos os ambientes da Terra. Cientistas do Zoonomia Project – uma colaboração internacional para descobrir a base genômica de características compartilhadas e especializadas em mamíferos – têm catalogado a diversidade nos genomas de mamíferos comparando sequências de DNA de 240 espécies que existem hoje, desde o porco-da-terra e o elefante-da-savana africano até o hírax de bolinhas amarelas (Heterohyrax brucei) e o boi zebu.
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Em vários artigos em uma edição especial da revista Science, a equipe do Zoonomia demonstrou como a genômica comparativa pode não apenas esclarecer como certas espécies alcançam feitos extraordinários, mas também ajudar os cientistas a entender melhor as partes do nosso genoma que são funcionais e como elas podem influenciar a saúde e a doença.
Nos novos estudos, os pesquisadores identificaram regiões dos genomas, às vezes apenas letras únicas de DNA, que são mais conservadas, ou inalteradas, em espécies de mamíferos e milhões de anos de evolução – regiões que provavelmente são biologicamente importantes. Eles também encontraram parte da base genética para traços incomuns de mamíferos, como a capacidade de hibernar ou farejar cheiros fracos a quilômetros de distância. E eles identificaram espécies que podem ser particularmente suscetíveis à extinção, bem como variantes genéticas com maior probabilidade de desempenhar papéis causais em doenças humanas raras e comuns.
Comparação de genomas
As descobertas vêm de análises de amostras de DNA coletadas por mais de 50 instituições diferentes em todo o mundo, incluindo muitas da San Diego Wildlife Alliance, que forneceu vários genomas de espécies ameaçadas ou em perigo.
Mais de 150 pessoas em sete fusos horários contribuíram para o Zoonomia Project, que é o maior recurso comparativo de genômica de mamíferos do mundo. O esforço é liderado por Elinor Karlsson, diretora do grupo de genômica de vertebrados no Instituto Broad do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade Harvard e professora de bioinformática e biologia integrativa na Escola Médica Chan na Universidade de Massachusetts (todas as instituições nos EUA), e Kerstin Lindblad-Toh, diretora científica de genômica de vertebrados no Instituto Broad e professora de genômica comparativa na Universidade de Uppsala (Suécia).
“Um dos maiores problemas da genômica é que os humanos têm um genoma muito grande e não sabemos o que ele faz”, disse Karlsson. “Este pacote de artigos realmente mostra o alcance do que você pode fazer com esse tipo de dados e o quanto podemos aprender com o estudo dos genomas de outros mamíferos.”
Traços excepcionais
Em um dos estudos publicados na edição especial, os coprimeiros autores Matthew Christmas, pesquisador da Universidade de Uppsala, e Irene Kaplow, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade Carnegie Mellon (EUA), juntamente com Karlsson, Lindblad-Toh e colaboradores, descobriram que pelo menos 10% do genoma humano é altamente conservado entre as espécies, com muitas dessas regiões ocorrendo fora dos genes codificadores de proteínas. Mais de 4.500 elementos estão quase perfeitamente conservados em mais de 98% das espécies estudadas.
A maioria das regiões conservadas – que mudaram mais lentamente do que as flutuações aleatórias no genoma – estão envolvidas no desenvolvimento embrionário e na regulação da expressão do RNA. As regiões que mudaram com mais frequência moldaram a interação de um animal com seu ambiente, como por meio de respostas imunes ou do desenvolvimento de sua pele.
Os pesquisadores também identificaram partes do genoma ligadas a algumas características excepcionais no mundo dos mamíferos, como tamanho extraordinário do cérebro, olfato superior e capacidade de hibernar durante o inverno.
Com o objetivo de preservar a biodiversidade, os pesquisadores descobriram que os mamíferos com menos alterações genéticas em locais conservados no genoma corriam maior risco de extinção. Karlsson e Lindblad-Toh dizem que mesmo ter apenas um genoma de referência por espécie pode ajudar os cientistas a identificar espécies em risco, já que menos de 5% de todas as espécies de mamíferos têm genomas de referência, embora seja necessário mais trabalho para desenvolver esses métodos.
Informações sobre doenças
Em outro estudo, Karlsson, Lindblad-Toh e colegas usaram os genomas de mamíferos para estudar características e doenças humanas. Eles se concentraram em algumas das regiões genômicas de uma única letra mais conservadas descobertas no primeiro artigo e as compararam com variantes genéticas que os cientistas já haviam associado a doenças como o câncer usando outros métodos.
A equipe descobriu que suas anotações do genoma com base na conservação evolutiva revelaram mais conexões entre variantes genéticas e suas funções do que os outros métodos. Eles também identificaram mutações que provavelmente são causais em doenças raras e comuns, incluindo câncer, e mostraram que o uso da conservação em estudos de doenças pode facilitar a localização de alterações genéticas que aumentam o risco de doenças.
Os coprimeiros autores desse estudo foram Patrick Sullivan, diretor do Centro de Genômica Psiquiátrica da Escola de Medicina da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill (EUA) e professor de genética psiquiátrica no Instituto Karolinska (Suécia); Jennifer Meadows, pesquisadora de genética da Universidade de Uppsala; e Steven Gazal, professor assistente de população e ciências da saúde pública na Escola Keck de Medicina da Universidade do Sul da Califórnia (EUA).
Um mundo de perguntas
Um terceiro estudo, coordenado por Steven Reilly, professor assistente de genética na Universidade Yale (EUA), e Pardis Sabeti, membro do Instituto Broad, examinou mais de 10 mil supressões genéticas específicas de humanos usando dados do Zoonomia e análises experimentais, e relacionou alguns deles para a função dos neurônios.
Outros artigos do Zoonomia publicados revelaram que os mamíferos se diversificaram antes da extinção em massa dos dinossauros; descobriu uma explicação genética de por que um famoso cão de trenó da década de 1920 chamado Balto foi capaz de sobreviver à paisagem agreste do Alasca; descobriu alterações específicas do ser humano na organização do genoma; usou aprendizado de máquina para identificar regiões do genoma associadas ao tamanho do cérebro; descreveu a evolução de sequências regulatórias no genoma humano; focou em sequências de DNA que se movem ao redor do genoma; descobriu que espécies com populações menores historicamente correm maior risco de extinção hoje; e comparou genes entre quase 500 espécies de mamíferos.
Para Karlsson, Lindblad-Toh e os pesquisadores que sequenciam genomas de mamíferos para Zoonomia ou seus projetos precursores desde 2005, esses estudos – e a amplitude de perguntas que eles respondem – são apenas uma fração do que é possível.
“Estamos muito entusiasmados com o sequenciamento de espécies de mamíferos “, disse Lindblad-Toh. “E estamos empolgados em ver como nós e outros pesquisadores podemos trabalhar com esses dados de novas maneiras para entender a evolução do genoma e as doenças humanas.”
