>Vida a partir de vida

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Craig Venter conseguiu. Sintetizou em laboratório um genoma inteiro de uma bactéria e o inseriu numa célula vazia de outra espécie de bactéria. O genoma começou a “funcionar” normalmente na célula. Os dois estão muito bem, obrigado. Agora os dois são um. Bem vindo ao mundo, Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0.
Foi a notícia mais comentada da semana, e é com certeza, uma das aquisições mais impressionantes da história e dos esforços da biologia e da ciência. Suas implicações são enormes, na biologia, na ética, religião e para a sociedade como um todo. Mas o que Craig Venter e sua equipe (lógico que ele não o fez sozinho) fizeram? vida no laboratório? Bem, não exatamente.

Não, por que eles não criaram vida do zero, eles utilizaram nucleotídios, aquelas bases nitrogenadas, as letrinhas químicas C, T,G e A e o organizaram uma a uma para “imitar” o menor genoma conhecido, o da bactéria Mycoplasma mycoides, deletando algumas partes do genoma, e adicionando “marcas d’ agua” moleculares, para ajudar a distinguir um organismo com genoma sintético de um que não conseguisse “funcionar” como esse genoma. As palavras do grande escritor James Joyce, “To live, to err, to fall, to triumph, to recreate life out of life.” estão inscritas nesse genoma sintético, numa região não codificadora (que nao é traduzida em proteínas), o que ele pensaria a respeito? Suas palavras realmente escritas no “corpo” de um ser vivo! E o que melhor define de forma precisa esse esforço científico foi exatamente o que as palavras de Joyce queriam dizer, criar vida a partir de vida…Então o genoma sintético de Mycoplasma mycoides foi transplantado para uma célula de uma bactéria do mesmo gênero mas de outra espécie, a M. capricolum.

O Presidente estadunidense Barack Obama convocou seus conselheiros de bioética e biossegurança a discutirem a respeito da importância, aplicações e riscos dessas pesquisas.
O Vaticano já comentou sua opinião a respeito. Uma parte emitiu o velho bordão, que os cientistas querem ser Deus, e só Ele pode fazer vida, mas oficialmente declaram ser uma pesquisa importante e interessante, com aplicações sérias em medicina e energia.
Penso que esse fato, é de um peso enorme. São elementos químicos somente, assumindo de forma programada funções celulares, do incrível maquinário da vida. Algo que biólogos, químicos e físicos suspeitam a muita tempo. Mas será que nós estamos preparados para isto?

Nos blogs Ciência na mídia e no RNAm poderá encontrar mais informações importantes a respeito.
Artigo original da pesquisa: “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically SynthesizedGenome”.
Imagem: Daqui.

>Navegar é preciso: A rima do elemento Mariner

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No ano de 1986, a equipe liderada por J.W Jacobson, isolou um novo elemento transponível , o Mariner, retirado de um mutante de Drosophila mauritiana de olhos brancos, cujo a mutação foi denominada de peach (pêssego). O elemento recebeu esse nome em referência ao antigo poema The Rime of the Ancient Mariner” do poeta inglês Samuel Taylor Coleridge, que fala sobre um velho marinheiro que se perde em suas navegações e que passa por eventos sobrenaturais.
Esse elemento transponível é provavelmente o mais difundido entre os seres vivos, sendo encontrado na maioria dos insetos, crustáceos, aracnídeos e até mesmo no genoma humano, onde é possível encontrar o Hsmar1 fusionado a uma proteína, e em torno de ~1000 cópias do Hsmar2
( Homo sapiens mariner 2), localizado no cromossomo 17. Pesquisas recentes apontam para uma relação com doenças humanas como a Charcot-Marie-Tooth.


A transferência horizontal desse elemento possui fortes evidências de ter ocorrido em diversas espécies, como entre a mosca de chifres Hematobia irritans e o mosquito Anopheles gambiae, que divergiram evolutivamente a 200 milhões de anos atrás e que possuem 90% de identidade similar do elemento. Uma possível transferência horizontal de mariner também foi identificada entre a vespa parasitóide Ascogaster reticulatus e sua larva hospedeira, a Adoxophyes honmai, contendo similarididade de 97.6% e não sendo identificado em espécies próximas a esses grupos.

Um acontecimento importante na nossa evolução, dos primatas, foi a possível fusão entre a histona metiltransferase SET com uma enzima (transposase) de um elemento mariner o Hsmar1, que deu origem a um gene quimérico do grupo dos primatas, o SETMAR, num evento que deve ter ocorrido há 40–58 milhões de anos atrás.
Esses elementos também foram encontrados em planárias, nas hydras e em morcegos, o que torna o transposon Mariner um dos melhores navegadores do “oceano genético” que circunda a todos nós.

Referências:

Cordaux, R., S. Udit, M. A. Batzer, and C. Feschotte. 2006. Birth of a chimeric primate gene by capture of the transposase gene from a mobile element. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103:81018106

Mikio Yoshiyama, Zhijian Tu, Youichi Kainoh, Hiroshi Honda, Toshio Shono, and Kiyoshi Kimura: Possible Horizontal Transfer of a Transposable Element from Host to Parasitoid Mol Biol Evol 2001 18: 1952-1958

Liehr, Thomas: Localization of mariner DNA Transposons in the Human Genome by PRINS Genome Res. September 1, 1999 9: 839843; doi:10.1101/gr.9.9.839

Imagens: Gustave Doré Art Prints . Uma curiosidade sobre Gustave Doré é que ele ilustrou a divina comédia de Dante e o Paradise Lost de John Milton.

>Eu, primata, e meu elemento Alu

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Em 1979 no artigo “A ubiquitous family of repeated DNA sequences in the human genome” foram identificadas diversas seqüências repetitivas de retrotransposons classificados como SINE’s (pequenas sequências de DNA menores que 500 pares de base) que continham um local de reconhecimento para a enzima de restrição Alul, e por isso receberam o nome de elementos Alu. São seqüências genéticas encontradas somente nos primatas e o genoma humano possui um numero grande dessas seqüências, em torno de ~500,000 cópias. Após a “leitura” do genoma humano utilizando técnicas modernas, foi estimado que existam próximo a um milhão de copias do elemento Alu, comprimindo 10 % do genoma total humano.

A origem do Alu reside nos últimos 65 milhões de anos, após a radiação dos mamíferos e posteriormente os primatas, e teve sua origem no grupo dos Supraprimatas. A maioria dos elementos Alu se duplicaram a mais de 40 milhões de anos atrás e durante a ascensão dos primatas é estimado que uma duplicação do elemento tenha ocorrido a cada nascimento de primata. Em contraste a atual taxa de amplificação do elemento é em torno de uma nova inserção a cada 200 nascimentos.

A diversidade criada por uma nova inserção pode ter impacto positivo no genoma, como numa alteração vantajosa na expressão de uma proteína, mas geralmente possui efeitos desvantajosos, sendo indicado uma ligação entre a incidência de câncer de colon em humanos. Devido ao grande número de Alu’s no genoma dos primatas e consequentemente no genoma humano, e por sua existência ser restrita somente a esse grupo, possivelmente esses elementos desempenharam um importante papel na evolução dos primatas.

Referências:

A ubiquitous family of repeated DNA sequences in the human genome. J Mol Biol. 1979 Aug 15;132(3):289–306

Nyström-Lahti M, Kristo P, Nicolaides NC, et al. (November 1995). “Founding mutations and Alu-mediated recombination in hereditary colon cancer”. Nat. Med. 1 (11): 1203–6

Bolzer A, Kreth G, Solovei I, Koehler D, Saracoglu K, et al. (2005) ThreeDimensional Maps of All Chromosomes in Human Male Fibroblast Nuclei and Prometaphase Rosettes. PLoS Biol 3(5)

http://www.nature.com/scitable/topicpage/Functions-and-Utility-of-Alu-Jumping-Genes-561

Batzer, M. A. and P. L. Deininger (2002) Alu repeats and human genomic diversity. Nature Reviews Genetics 3: 370-379

Imagem: Cariótipo de linfócito de uma femêa humana (XX, 46 cromossomos,). Os cromossomos foram hibridizados com uma sonda para sequeências de Alu (verde).

Jill Greenberg: The Manipulator

>O "Elemento P" das Drosophilas

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Na metade dos anos 70, em experiências realizadas com híbridos de populações de Drosophila melanogaster selvagens, com drosophilas coletadas antes dos anos 70 e mantidas em laboratório , observou-se que a prole gerada no cruzamento geralmente apresentava diversas mutações, e alguns dos indivíduos eram estéreis. Em 1977, essas observações foram explicadas, e consistiam em um único fenômeno, que englobava todas essas complicações genéticas, chamado de “Disgenesia do híbrido” (Hybrid disgenesis), que posteriormente com a descoberta do elemento transponível “P”, foi identificado como a causa desse fenômeno, que ocorria no cruzamento de machos que possuíam o elemento P (cepa P/citótipo P) , e fêmeas que não o possuíam (cepa M/citótipo M) ou vice-versa, o que gera uma incompatibilidade citoplasmática na prole, tornando-os estéreis ou com complicações genéticas. O mais desconcertante é que nas populações antigas do laboratório, não foram encontradas indivíduos que carregavam o elemento P, somente nas populações selvagens, o que indicou que a “contaminação” por elementos P, em drosophilas selvagens tinha ocorrido muito recentemente, em torno de algumas décadas. Dados recentes indicam que esse elemento foi transferido horizontalmente para a Drosophila melanogaster através da D. willistoni, e a sequência dos nucleotídeos do elemento compartilhado difere somente em uma base nitrogenada.



Sylvia Hagemann e Wilhelm Pinsker sugerem no artigoDrosophila P Transposons in the Human Genome?” que o genoma humano possui um gene homologo (Phsa) ao elemento P canônico encontrado em drosophila, identificado com o algoritmo de busca BLAST no banco de dados genômico GenBank, e a busca revelou similaridades significativas de sequências de aminoácidos entre o elemento P e uma proteína humana de função desconhecida. Mais um caso de contribuição genética via lateralmente de um parente distante?

Imagem: daqui

Referências:

Blauth, Monica L. et al. Detection of P element transcripts in embryos of Drosophila melanogaster and D. willistoni. An. Acad. Bras. Ciênc., Dec 2009, vol.81, no.4, p.679-689. ISSN 0001-376

Joana C. Silva1 and Margaret G. Kidwell, Horizontal transfer and selection in the evolution of P elements. Mol. Biol. Evol. 17

Sylvia Hagemann and Wilhelm Pinsker Drosophila P Transposons in the Human Genome

? Mol Biol Evol 2001 18: 1979-1982

>Transponsons saltando da "boca-de-leão"

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A Transposição é o movimento de material genético no genoma de um local para outro. Seqüências de DNA que possuem a capacidade de mudar sua localização genômica são chamadas de elementos transponíveis. Há dois tipos de transposição, diferenciando-se pelo fato do elemento ser replicado ou não. No tipo de transposição conservativa, o elemento se movimenta de um local para outro. O que acontece com o local doador ainda não é claro. Um dos modelos propõe que a quebra da dupla fita de DNA após a transposição é reparada pelo sistema de reparação do hospedeiro.
Na transposição replicativa, o elemento transponível é copiado, e uma cópia permanece no local original enquanto a outra se insere em um novo local. Dessa forma, a transposição replicativa é caracterizada por um aumento no número de cópias do elemento transponível. Alguns elementos utilizam ambos os caminhos conservativos e replicativos.

Nos tipos de transposição descritos acima, a informação genética é carregada pelo DNA. Sabe-se que a informação genética pode ser transposta através do RNA. Neste modelo o DNA é transcrito a partir do RNA que sofre uma transcrição reversa em cDNA. Para distinguir entre os dois modelos, o modo de transposição mediada pelo RNA é chamado de retroposição. Ambas as transposição e retroposição são encontradas em organismos eucarióticos e procarióticos.
Em contraste com a transposição mediada pelo DNA a retroposição é sempre do tipo duplicativa porque é uma cópia da transcrição reversa do elemento, não o elemento em si, que é transposto.
Uma das primeiras descobertas importantes no campo de elementos transponíveis, logo após a caracterização do sistema Ac/Ds por Barbara McClintock, foi realizada em pesquisas com a planta boca-de-leão (Antirrhinum sp.), por equipe de Edwin Baur entre os anos 60 e 70. A equipe caracterizou dois genes envolvidos na produção de antocianinas, pigmentos azul-avermelhados, o NIVEA (NIV) e PALLIDA (PAL), e descobriram que elementos transponíveis, denominados de Tam se encontravam nesses genes. Foi o primeiro transposon isolado de uma planta e a homologia é notável entre esse elemento, o elemento Ac do milho e o hobo encontrado em Drosophila melanogaster.


Imagens: Wikipedia commons, Prof. Dr. Otto Wilhelm Thomé Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz 1885, Gera, Germany

Chrisdellavedova.com

Referências:

Pray, L. (2008) Transposons, or jumping genes: Not junk DNA? Nature Education 1(1)

>A descoberta dos "genes saltadores"

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A bióloga Barbara McClintock foi uma pioneira no campo da citogenética, trabalhando com o milho (Zea mays), como modelo experimental no inicio dos anos 30 no Cold Spring Harbor Laboratory em Nova York, descrevendo a dinâmica do material genético nos cromossomos, e demonstrando o fenômeno do crossing-over (ou recombinação genética). Em trabalhos com esse modelo em 1944, ao pesquisar a expressão fenotípica do milho, que gerava alteração nas cores nas espigas do milho indiano, a pesquisadora descobriu que dois elementos do genoma, o Dissociador (Ds) e Ativador (Ac) podiam mudar sua posição nos cromossomos. Observou-se que elemento Ac controla a transposição do Ds e, quando este último move-se para outra região, ele se liberta dessa inibição e inicia a síntese de um pigmento que leva ao aparecimento de grãos de cores diferentes. Esses elementos moviam-se somente após as células serem submetidas a algum tipo de estresse (por exemplo, quando se reproduzem ou quando são submetidas à radiação), na época da descoberta, essas seqüências genética foram denominadas de elementos controladores (controlling elements).
Estes trabalhos mudaram a visão estática que se tinha do material genético dos organismos e, no entanto, Barbara só ganhou o Nobel de Medicina ou Fisiologia em 1983, aos 81 anos, 39 anos depois de sua mais importante descoberta.

“Nerd style”
Imagem: daqui

Referências:

McClintock, B. (June 1950). “The origin and behavior of mutable loci in maize”. Proc Natl Acad Sci U S A. 36 (6): 344–55

Pray, L. (2008) Transposons, or jumping genes: Not junk DNA? Nature Education 1(1)

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