Vírus espalhando resistência a antibióticos no ambiente
Bactérias resistentes a antibióticos são um problema recente e crescente, principalmente em ambientes hospitalares. Originalmente, os genes que ajudam a degradar antibióticos e geram a tolerância estavam presentes nos microorganismos que produzem as moléculas que isolamos e utilizamos como remédios. Para contribuir com a resistência em bactérias de importância médica, estes genes precisam de alguma forma circular até elas.
Vaccinia em mamíferos silvestres: um caso de “humanose”
O vírus da vaccinia é nosso “companheiro” de longa data. Ele foi o vírus isolado de vacas por Edward Jenner em 1976 para fazer a vacinação contra seu “primo”, o vírus da varíola, um dos primeiros passos para o desenvolvimento da vacina moderna. Ao contrário de outras doenças onde são utilizados vírus inativados ou atenuados, o vaccinia é usado diretamente, por saltar da vaca (na verdade, ele talvez tenha vindo do cavalo, tudo indica que a linhagem original foi perdida) e não causar uma infecção grave em humanos.Fonte:
Abrahao, J. (2010). Vaccinia Virus Infection in Monkeys, Brazilian Amazon Emerging Infectious Diseases DOI: 10.3201/eid1606.091187
Temos de fato um Designer acima da evolução
Sim, meus caros. Durante estes longos dias de debate sobre Design Inteligente peregrinei pelo vasto terreno do PubMed. E após várias horas sem comer, sofrendo de delírios, um arbusto em chamas falou comigo um artigo me trouxe a luz. Encontrei o grande Criador. Sinceramente, encontrei vários artigos que mostram o que o DI defende, um Designer.
Ele, que é capaz de causar um evento de macroevolução diferenciando espécies que posteriormente sofrem microevolução, capaz de trazer genes que favorecem organismos, capaz de trazer para um organismo uma característica nova e complexa, irredutível. Aquele que já teve ícones erguidos em sua homenagem e está presente em várias casas. E cobra uma pequena comissão por isso, além de demandar o sacrifício de alguns inocentes.
Contemplem o grande Criador (clicando no continue lendo) e presenciem o primeiro texto defendendo-o com base em artigos científicos:
Um protozoário faz o que um engenheiro faz
Já reparou que, para a maioria das máquinas que construímos, bastam uma ou duas peças fora do lugar ou condições de funcionamento um pouco fora do padrão e já era? Organismos, em compensação, costumam ser muito mais robustos e tolerantes a erros e adversidades. Mude o meio de uma bactéria, sua temperatura e arranque alguma proteína aleatória de seu DNA e são grandes as chances de ela continuar viva.
Esta diferença acontece por várias razões, mas a principal delas é a rede metabólica. A seleção natural favoreceu organismo com um metabolismo baseado em vários componentes que interagem entre si e não raramente possuem funções redundantes. Assim, por mais que tiremos um gene responsável por uma enzima, a via metabólica da qual a faz parte pode ser suprida por outras reações, que podem não ser tão eficientes mas dão conta. Aliás, em muitos aspectos, os organimos que se organizavam através de redes complexas foram os selecionados para continuar.
Nós estamos começando a entender redes complexas e aprendendo a fazer uso delas. Tome como exemplo o metrô de Tóquio. Suas linhas foram planejadas para suprir os principais pontos com uma certa redundância, de forma que a malha ferroviária seja eficiente, aguente algumas falhas sem deixar nenhuma região isolada, não custe um absurdo para ser construída e mantida e ainda dê conta de um fluxo de passageiros que pode variar muito ao longo do dia. Quase tão perfeita como o metrô de São Paulo (NOOOT). Acontece que um protozoário sabe muito bem fazer este planejamento, como bem notou o pessoal do Discutindo Ecologia.
Trata-se do Physarum polycephalum, um protozoário amebóide. O que na aprática quer dizer que ele forma uma gosma amarela disforme cheia de núcleos que se move e devora fungos e bactérias que estejam em seu caminho. Algo digno de deixar a bolha assassina com inveja, dada a organização e capacidade de “pensar” que ele tem. Pensar propriamente não, mas o Physarum é muito bom em resolver problemas. Para encontrar comida na natureza, ele divide suas extremidades constantemente, gerando uma série de prolongamentos que percorrem uma área bem extensa, e quando a comida é encontrada, ele forma um sistema de canais que vão transportar o nutriente ao longo da rede por ele formada.
Physarum crescendo e formando redes entre os grão de aveia. O traçado forma o mapa de Tóquio.
Acontece que este sistema de se dividir e expandir é um ótimo algoritmo de busca. Ao ponto de cientistas o colocarem para crescer sobre o ágar (uma gelatina que só quem consegue digerir é a própria alga que fez) e deixarem punhados de comida, geralmente grãos de aveia, para ver como ele os encontra e forma sua rede. Neste sistema, diversas propriedades já foram mostradas, como a capacidade de resolver um labirinto, com aveia no ponto A e B e todo um labirinto no meio que ele explora por completo para depois manter apenas canais no caminho certo. Veja este vídeo depois dos 4 minutos para entender do que estou falando.
Ampliação em microscópio do fluxo de nutrientes em um Physarum marcado com proteína fluorescente, é isto que ocorre na rede que ele forma.
Com este sistema de encontrar e traçar o menor caminho entre dois ou mais pontos, o Physarum virou o chodó da biocomputação. Ou seja, o uso de organismos ou de sistemas baseados em organimos para resolver problemas. De simulações de padrão de bifurcação e busca ao fluxo de nutrientes em seus sistemas. E o último grande artigo tratando do tema mostra como este organismo é capaz de reconstruir, e de certo modo até melhor, o sistema de metrô japonês.
Para simular as estações, foram usados novamente grãos de aveia, e o Physarum
cresceu sobre a gelatina de agarose. Como as figuras mostram,
rapidamente canais de nutrientes foram formados entre os pontos. Para
simular barreiras naturais, por onde as linhas não podem passar, os
pesquisadores utilizaram uma espécie de filme transparente por cima,
com locais onde a luz podia passar. Como o protozoário é fresco como o Igor fotofóbico, ele não cresce por estes pontos.
Na máscara de luz, as partes mais escuras onde o protozoário deve crescer mais correspodem à regiões mais baixas de Tóquio, onde o metrô é preferencialmente construído. Ao lado, a rede formada pelo Physarum e a rede real.
Por fim, o protozoário conseguiu tecer uma redes bem próximas da verdadeira, feita pelos engenheiros japoneses. Com algumas qualidades a mais, inclusive, como a tolerância a erro. Na malha original, retirando-se 4% das conexões, em média, a rede começa a colapsar e alguns pontos são isolados. No sistema feito pelo Physarum, a tolerância chegou a 14% de perdas sem comprometer o sistema, além de uma taxa custo/eficiência um pouco maior.
Em mais um passo para a biomimética, área que estuda possíveis usos de desenhos naturais para artefatos humanos, deu para perceber que algumas rodadas de seleção natural sobre um protozoário são suficientes para termos um construtor de redes bem eficiente.
Fonte:
Tero, A., Takagi, S., Saigusa, T., Ito, K., Bebber, D., Fricker, M., Yumiki, K., Kobayashi, R., & Nakagaki, T. (2010). Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design Science, 327 (5964), 439-442 DOI: 10.1126/science.1177894
Pulgões e interações, uma história em 4 FUUUs
Uma das coisas que mais gosto na biologia é sua riqueza de detalhes. A cada esquina há uma interação nova e inesperada. Pegue um pulgão, por exemplo:
Fonte: Wikimedia
Nada mais simples do que um pulgão sugando a seiva de uma planta. Ele insere seu estilete nos vasos da planta e suga a seiva dela. Mas há uma guerra química por baixo disso, e ambos são agredidos. A planta defende-se do pulgão liberando substâncias tóxicas como oxigênio reativo, além de sinalizar para que as células do local cometam suicídio e sequem, formando uma espécie de coágulo no local. O afídeo responde liberando enzimas como as peroxidases, que destroem as substâncias tóxicas das plantas e mantém o local ativo. [1]
Algumas vezes as plantas podem apelar, e chamar a ajuda de terceiros. Elas liberam substâncias que atraem predadores dos pulgões, e o resultado é último FUUU.
Esta “folha” vermelha é uma galha induzida por um pulgão. Trata-se de uma Pistacia lentiscus, que é infectada por um afídeo que só consegue se reproduzir nela, o Aploneura lentisci. E o caminho para isto é longo. Este afídeo possui uma fase alada, onde fêmeas e machos cruzam e elas buscam novas plantas onde pôr os ovos. Após o inverno, as fêmeas que nascem em novas plantas vão formar estas estruturas chamadas galhas. Ao que parece, o processo de buscar novas plantas voando e depositar os ovos é um tanto aleatório, e frequentemente as novas fêmeas que nascem se descobrem em uma planta errada e acabam morrendo (FUUU).
Quando as fundadoras de galhas se encontram na planta certa, liberam substâncias que induzem um crescimento irregular da planta, que vai formar uma proteção para elas. Lá dentro, assim como um tumor que recruta vasos sanguíneos para crescer, as fundadoras induzem a produção de vasos (floema) que vão alimentar os novos pulgões produzidos protegidinhos por partenogênese lá dentro (FUUU). Até o ano seguinte, quando a mudança de estação pode induzir a produção da linhagem sexuada e alada que vai partir para novas hospedeiras. [2]
Joaninhas são um dos maiores predadores de pulgões. Se alimentam deles desde larvas, o que não quer dizer que seja fácil. Os pulgões possuem grandes aliados, as formigas. Os pulgões costumam liberar parte da seiva que sugam pelo ânus – sabe aquela chuvinha, aquela humidade que sentimos embaixo de algumas plantas? – principalmente quando as formigas pedem. Elas se aproximam dos pulgões e tateiam o abdome deles, e eles liberam gotículas de água que elas podem recolher e beber, literalmente ordenhando os afídeos.
Aliás, os afídeos chegam a ser tratados como gado mesmo, direcionados para algumas partes da planta pelas formigas, chegando a ser carregados na boca, e em alguns casos são até recolhidos para perto do formigueiro no fim do dia. Para várias espécies de formigas esta seiva é um componente importante da dieta, e assim como guardamos nosso gado contra predadores como lobos, elas protegem os pulgões de predadores como as joaninhas, atacando agressivamente o besourinho (FUUU). [3]
Já o pulgão ervilha (Acyrthosiphon pisum), precisa de dois FUUUs. Por um lado, pode ser parasitado por uma bactéria chamada Hamiltonella defensa, que diferente de algumas simbiontes que produzem aminoácidos para os afídeos, não colabora e sempre que possível é eliminada pelo pulgão. Por outro, ele também pode ser parasitado por uma vespa, a Aphidius ervi, que inclusive é utilizada como controle biológico. A rotina já é conhecida pelos leitores do Rainha, a vespa deposita um ovo dentro do pulgão, de onde sairá sua larva que vai devorar lentamente o hospedeiro até matá-lo, formar um casulo e emergir.
Mas há um terceiro e um quarto FUUUs nesta história. A Hamiltonella defensa pode ser infectada por um bacteriófago (FUUUU) que garante sua estadia com uma gene que produz uma proteína tóxica. Quando a bactéria é infectada por este vírus, produz uma toxina capaz de matar a larva da vespa, que não consegue empupar e morre dentro do afídeo (FUUUU). Assim, na presença da vespa parasitóide, o pulgão ervilha é parasitado pela bactéria que é parasitada pelo vírus que não deixa o pulgão ser parasitado pela vespa e sobrevive. [4]
E para finalizar, uma imagem de sacanagem involuntária que retirei daqui. Uma vespa depositando (ui!) um ovo dentro de um pulgão:
[1] Kessler, A., & Baldwin, I. (2002). PLANT RESPONSES TO INSECT HERBIVORY: The Emerging Molecular Analysis Annual Review of Plant Biology, 53 (1), 299-328 DOI: 10.1146/annurev.arplant.53.100301.135207
[2] WOOL, D. (2005). Differential colonization of host trees by galling aphids: Selection of hosts or selection by hosts? Basic and Applied Ecology, 6 (5), 445-451 DOI: 10.1016/j.baae.2005.07.007
[3] Oliver TH, Leather SR, & Cook JM (2008). Macroevolutionary patterns in the origin of mutualisms involving ants. Journal of evolutionary biology, 21 (6), 1597-608 PMID: 18764883
[4] Oliver KM, Degnan PH, Hunter MS, & Moran NA (2009). Bacteriophages encode factors required for protection in a symbiotic mutualism. Science (New York, N.Y.), 325 (5943), 992-4 PMID: 19696350
Ainda sobre transgênicos
Depois do texto sobre transgênicos, que está rendendo uma discussão legal nos comentários, recebi alguns twits do @jhcordeiro que acho que ilustram bem a posição de alguns ambientalistas. Convidei-o a trazer a conversa para os comentários do texto e, como isso não aconteceu, resolvi deixar aqui os coices as respostas que recebi. Vou aproveitar para estender meus argumentos (em itálico):
@jhcordeiro: @oatila vc novamente confunde melhoramento genetico com transgenia. Erro basico prum biologo. Aquele milho lá tem gene de bacteria?
@oatila: @jhcordeiro Não, ele tem uma alga dentro dele, o cloroplasto! Sei qual a diferença, mas são modificados. E no caso dos enxertos? Transgenia.
Todos nós, animais e plantas, possuímos estruturas que produzem energia dentro das células chamadas mitocôndrias. As mitocôndrias são bactérias que passaram a viver dentro das células, e transferiram uma série de genes para nosso genoma.
@jhcordeiro: @oatila vc nao dá as fontes, entao eu pergunto: d onde tirou q os organicos nao alimentarão o mundo? A IAASTD da ONU pensa o contrario.
@oatila: @jhcordeiro não tenho fontes pra isso mesmo, coloquei mais pela discussão. Mas não vejo alternativa para gerar mais alimentos.
@oatila: @jhcordeiro como aumentar a produção sem aumentar a área plantada, ou explorar novas áreas como solos salinos?
@jhcordeiro: @oatila há varios produtores agricolas organicos mais produtivos q os convencionais. É fato. E esse tipo d producao nao pára d crescer.
Não discordo da agricultura tradicional, nem acho que ela vai ser completamente substituída por transgênicos num futuro próximo. Mas são tantas as possibilidades levantadas pela transgenia que não podemos ignorar. Plantas mais ricas em nutrientes, que usem menos agrotóxicos e até plantas que cresçam em solo impróprio para outros. Se nossa população tende a aumentar em tamanho e em qualidade de vida, consumindo mais alimentos e mais diversos, temos que usar alternativas que não impliquem em uma área de plantio maior.
@oatila: @jhcordeiro mas qual a diferença entre um OGM e um enxerto. Como um enxerto de batata com tomate (que é comum), onde ambos tem toxinas?
@jhcordeiro: @oatila cara, se vc como biologo nao vê diferenca entre X1 + X2 e X + Y, ai fica dificil. Q geneticistas nao leiam seu post… 
@oatila: @jhcordeiro uma histona de bactéria é 98% (X1+X2) similar com a nossa, um gene de batata pode ser 90% similar com o do tomate (X+Y) #comofaz
Aqui acho que o Jorge Cordeiro está criticando plantas com genes de bactérias, como a soja round up da Monstanto. Antes de tudo, a diferença entre organismos não implica na diferença de genes, e mais importante ainda, o ponto principal é qual o gene inserido em um transgênico. Podemos muito bem trocar alguns genes de plantas por genes de bactérias (como as histonas, proteínas que mantém a estrutura do DNA) sem que haja nenhuma mudança. Em compensação fazer uma planta produzir cianureto inserindo genes de mandioca brava não é uma coisa tão legal.
Outro fato importante é que na transgenia geralmente se insere um gene, conhecido. No enxerto, se as plantas trocam material aleatoriamente, não sabemos quantos genes vão parar onde. E de novo, não importa quão próximas são as plantas, e sim quais pedaços são trocados.
Enfim, algumas considerações finais:
Se o problema é colocar um gene de bactéria em uma planta, existem outras alternativas. O que impede a broca do feijão de comer um tomate são as toxinas que o tomate produz, entre outras coisas. Nós comemos ambos, o tomate e o feijão sem problemas. Então é só inserir no feijão o gene que produz as toxinas do tomate, já que a broca é suscetível e nós não. Com isso se produz um feijão que precisa de menos agrotóxicos. – planta com planta, X1+X2
Existem n outras possibilidades, não precisamos ficar presos à soja da Monsanto – que ao meu ver, se for perigosa deve ser banida ou regulada, não cancelamos a produção de todos os remédios por causa dos efeitos colaterais da talidomida.
Outra coisa importante, vários outros países estão desenvolvendo transgênicos. Imagine se surgir uma soja transgênica que diminui em muito o custo de produção, por não usar nem adubo nem agrotóxicos no plantio. Se nós não plantarmos ela no Brasil, quem produz alimentos com soja daria preferência para o produto nacional não transgênico ou para o internacional, mais barato? Não é melhor termos um alimento mais barato e mais acessível? Alimentos orgânicos são muito saudáveis, mas em muitos casos são privilégio de quem tem poder de compra.
Se o pessoal do Greenpeace e afins parasse com esse mimimi enorme e investisse o largo conhecimento que eles têm (e eu não) sobre transgenia desenvolvendo alimentos menos agressivos ao ambiente, e distribuissem aos produtores, estariam fazendo algo muito mais produtivo. A exemplo do prêmio de $1 milhão do PETA para quem desenvolver carne in vitro, ou dos transgênicos que a Embrapa tem produzido.
Mas é muito mais fácil criticar do que fazer…
A praga da praga da praga (ou controle biológico fractal)
Para tentar resolver uma praga, o besouro-da-cana (Dermolepida albohirtum), um besourinho que estava devastando as plantações de cana da Austrália, em 1935 os australianos resolveram introduzir um potencial predador, o sapo cururu (Bufo marinus), nativo da América do Sul. É o que chamamos de controle biológico.
A decisão foi baseada em um sucesso, o sapo havia sido introduzido em Porto Rico para controlar a população de escaravelhos, diminuindo-as drasticamente. Mas deixaram de lado o fato do mesmo cururu ter sido levado para a Jamaica para controlar a população de ratos (o cururu é grande o suficiente para comer de ratos a pássaros), e isso não ter funcionado.
Em 1935 alguns animais foram levados do Havaí para o norte da Austrália. O sapo foi introduzido em diversos países no começo do século passado para controlar todo tipo de pragas, e em todos os locais acabou se tornando uma praga ele mesmo. Mas nada supera o que ele causou e tem causado na terra dos cangurus. (clique para ver)
