segunda-feira, 21 de junho de 2010

A alma de uma velha máquina

Um relatório especial sobre o genoma humano

A alma de uma velha máquina

A Genômica está levantando um espelho para a humanidade, produzindo algumas reflexões surpreendentes

17 Jun 2010

A década passada desde o anúncio do genoma testemunhou muitos resultados notáveis. Competindo com a vida sintética do Dr. Venter pelo título do mais extraordinário evento foi o anúncio em 12 de Fevereiro de 2009 (o 200º aniversário de Charles Darwin não foi coincidência), de que uma segunda espécie humana teve seu genoma sequenciado. Svante Paabo, a inspiração para o romance de Michael Crichton e do filme "Jurassic Park", disse em uma reunião da Associação Americana para o Avanço da Ciência que a sua equipe no Instituto Max Planck em Leipzig tinha uma versão do DNA do homem de Neanderthal para comparar com a dos humanos modernos.

A comparação efetiva não foi publicada até seis semanas atrás, em 06 de Maio. No entanto, valeu a pena esperar. Ela mostrou semelhanças entre as espécies (por exemplo, no gene FOXP2 que rege a capacidade de falar), bem como diferenças em vários genes ligados à habilidade cognitiva. Essas diferenças são lugares óbvios para começar a olhar para a essência da humanidade moderna - as coisas que distinguem o Homo sapiens de outros animais, incluindo outros tipos de humanos e, portanto, é responsável pelo extraordinário florescimento de uma espécie que se estima faça uso de 40% da produtividade primária líquida (a energia capturada por fotossíntese e convertida em matéria vegetal) da superfície de terra do planeta.

A Genômica pode, no entanto, fazer mais do que isso. Comparar os genomas de pessoas vivas hoje permite que sejam identificados locais onde a seleção natural foi ativa no passado mais recente. Até agora isso tem sido feito com chips de genes, mas o novo poder do seqüenciamento completo do genoma enriquecerá e completará o quadro. Aliado a uma análise de como o Homo sapiens se espalhou para fora da África e por todo o mundo, isso dará uma imagem detalhada da evolução humana e possivelmente controversa, se as diferenças entre grupos geográficos emergir em áreas sensíveis, tais como inteligência e comportamento. Tais áreas fenotípicas também estão sendo investigadas em estudos que visam a variação dentro de populações, pois o GWAS está sendo estendido além da esfera de doença para analisar a inteligência, o tipo de personalidade, religiosidade, e até mesmo a capacidade de ganhar dinheiro.

Neste relatório especial

Se a humanidade tiver um historiador-chefe, seu nome é Spencer Wells. O Dr. Wells é o chefe do Projeto Genographic, gerido conjuntamente pela National Geographic Society, em Washington, DC, e a IBM. Em certo sentido, o projeto é um tipo de genômica pessoal. Voluntários de todo o mundo (mais de 500 mil deles até agora) fornecem amostras de células da bochecha para análise genética. Em troca, recebem uma análise detalhada das peregrinações de seus antepassados ao longo dos últimos 150 mil anos ou mais.



Árvore genealógica

Para os africanos, ou aqueles de origem Africana recente, o padrão é uma árvore que tem origem no nordeste da África, onde o Homo sapiens parecem ter se originado, e espalha seus ramos por todo o continente. Para aqueles sem ascendência Africana recente, a viagem passa por um gargalo 60 mil anos atrás (um fato que foi pela primeira vez cogitado como hipótese no final de 1980, embora tenha exigido a pletora de dados do Projeto Genográfico para definir a data exatamente) antes de se espalhar por uma árvore que cobre o resto do mundo.

O gargalo corresponde aos pioneiros que cruzaram o estreito de Bab el Mandeb e povoaram o resto do planeta (ver mapa). E até recentemente havia pouca miscigenação entre os ramos, o que permitiu o surgimento de diferenças locais.


 

Para começar, a propagação da humanidade foi seguida pelo estudo de diferenças em dois tipos não usuais de DNA: de estruturas celulares chamadas mitocôndria que têm seus próprios genes e são herdadas somente da mãe, e de parte do cromossomo Y, que só passa de pai para filho. Agora, porém, é possível olhar para as mudanças que acontecem por todo o genoma.

Algumas dessas alterações serão aleatórias. Outras, porém, serão o produto da seleção natural, e Pardis Sabeti da Universidade de Harvard pensa que ela pode descobrir o que é o que. Os blocos de DNA estudados pelo HapMap e projetos similares são trocados entre os cromossomos vizinhos durante o processo de formação do ovo e do esperma. A Dra. Sabeti percebeu que um gene que está sendo favorecido pela seleção arrastará seus vizinhos para o passeio, significando que o bloco em que ele se encontra será mais longo do que as estatísticas da mistura aleatória poderiam prever.

Usando esta e uma ou duas ferramentas estatísticas semelhantes, a Dra Sabeti identificou 200 locais no genoma humano que estiveram sujeitos a "sweeps" seletivos recentes - e ela com frequencia têm uma boa idéia dos genes que vem realizando o "sweeping".

Alguns não são surpresa. Genes que regulam o pigmento da pele e da morfologia do cabelo, os dois marcadores conhecidos de origem geográfica, tenham sido submetidos a seleção significativa. Assim ter genes regulando o metabolismo, provavelmente em resposta à mudança de caçadores e coletores para agricultores, como a principal forma de vida da humanidade.

De forma intrigante, entretanto, diversos genes ligados à percepção sensorial - audição e equilíbrio em particular - foram alterados. Neste caso, as mudanças são mais notáveis em alguns dos ramos asiáticos da humanidade. Genes envolvidos no desenvolvimento das células ciliares detectoras de som dos ouvidos parecem ter sido especialmente afetadas. Se isso significa que asiáticos escutam as coisas diferentemente de outros povos ainda precisa ser estabelecido, mas é possível.

O outro tipo de genes que se desenvolveram rapidamente são aqueles envolvidos em doenças infecciosas. A Dra Sabeti encontrou evidências de que a malária, tuberculose, varíola e pólio deixaram, todas, suas pegadas seletivas, pois fragmentos de DNA que ajudam a conferir resistência são favorecidos. Uma das maiores surpresas foi que a febre Lassa, anteriormente vista como uma doença relativamente rara, também está nesta lista. Agora, provocado parcialmente pelo trabalho da Dra. Sabeti, está se tornando estabelecido que a febre Lassa é, na verdade, muito comum em partes da África Ocidental. Um quinto dos nigerianos, por exemplo, mostra sinais de ter sido infectado no passado. Que essas pessoas não foram mortas por uma doença que se pensava inicialmente ser até 80% letal sugere que o efeito protetor da mudança evolutiva que ela descobriu é forte.

A Dra. Sabeti, até agora, não encontrou qualquer gene selecionado que codifique características controversas tais como o comportamento e inteligência. Isso pode ser porque eles não tenham sido objeto de seleção recente. Pode, no entanto, ser porque algumas ligações entre esses fenótipos e os próprios genes ainda não foram feitas.

Isso pode mudar em breve. Como mencionado anteriormente, por exemplo, a BGI na China planeja um estudo para procurar genes especificamente para a inteligência. E de acordo com Nick Martin, do Instituto Queensland de Pesquisa Médica, na Austrália, dezenas de investigações GWAS de links comportamentais e cognitivos estão em andamento. Para não ser pego com o problema da matéria escura que tem atormentado o estudo de doenças genéticas, planos estão em andamento para consolidar estes estudos em "meta-análises" grandes o suficiente para detectar efeitos de outra forma ocultos. Se tudo correr bem, os velhos argumentos sobre o papel da natureza e educação no desenvolvimento humano em breve poderá ser visto sob uma nova luz.

Isso também vai ser verdadeiro se for provado que Fred Gage, do Salk Institute, em San Diego, está certo em pensar que a variação na habilidade cognitiva pode ser determinada geneticamente, de forma que não seja herdada. O Dr. Gage estuda elementos LINE-1, pedaços de DNA conhecidos coloquialmente como genes saltadores. Estes representam cerca de 20% do genoma humano, e a maioria dos biólogos os considera lixo - ou melhor, parasitas. Sua origem é desconhecida, embora eles possam ser descendentes distantes de algum tipo de retrovírus (a mesma classe que o vírus que causa a AIDS, o HIV), porque eles são capazes de se copiar através de um gene retroviral chamado transcriptase reversa. Geralmente, isso é uma coisa ruim para seus hospedeiros. No mínimo, ele desperdiça recursos. E se acontece de um elemento copiar a si mesmo no lugar errado, isso pode causar mal-funcionamento de um gene existente.

A maioria dos biólogos teria deixado as coisas como estavam, aceitando que o parasitismo ocorre em todos os outros níveis da biologia, então por que não em nível de DNA? Mas, o Dr. Gage se perguntou se não havia algo mais além disso. Cinco anos atrás, ele mostrou que elementos LINE-1 são muito mais ativos nos cérebros de ratos que em seus outros tecidos. E em 2009, ele e um colega, Nicole Coufal, mostraram que o mesmo é verdadeiro em pessoas. Usando métodos de sequenciamento sensíveis, eles descobriram que as células do cérebro humano têm cerca de 100 mais elementos LINE-1 nelas que tecidos como o coração ou o fígado. Isso significa que os elementos estão se multiplicando durante o processo de formação do cérebro.



Sobrevivência do mais apto

Por que continua a ser uma questão sem resposta. Mas, uma possível explicação é esta. Cada novo cérebro se desenvolve por um processo semelhante à seleção natural. As células nervosas crescem e desenvolvem muitas conexões entre si, e então a maioria dessas conexões e muitas das próprias células morrem. Apenas as células mais aptas sobrevivem, deixando uma rede funcional.


 

Neste contexto, uma forma de gerar variações nas quais a seleção pode operar pode realmente resultar em redes melhores e, consequentemente cérebros melhores. As mudanças aleatórias trazidas pelos elementos LINE-1 saltando pelos genomas das células nervosas podem produzir tal variação. É uma hipótese ousada. Mas há pelo menos outra parte do corpo - o sistema imunológico - que depende da mutabilidade interna do DNA para gerar a variedade necessária para que ela reconheça todos os agentes patogênicos que a natureza pode jogar em um corpo. Embora o sistema imunológico tenha encontrado uma solução diferente no detalhe (cassetes particulares de DNA evoluíram para se embaralhar neste ponto do genoma), o princípio geral é o mesmo.

Se a hipótese Dr. Gage for correta, ela conduz a uma ironia agradável. Ninguém duvida que a inteligência tenha um componente hereditário. Estudos de gêmeos idênticos e não-idênticos confirmam isso. Ninguém duvida de que a educação e a criação importam, também. Mas, parte da diferença entre as capacidades cognitivas das pessoas - entre ser um Darwin e um burro - poderia ser quase literalmente uma loteria, porque ela depende do movimento aleatório de pedaços de DNA no interior do cérebro de um indivíduo em desenvolvimento.

Relatórios especiais

http://www.economist.com/node/16349410?story_id=16349410&fsrc=scn/tw/te/rss/pe