Enviado por Secretaria em ter, 17/04/2018 – 14:38
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Kelley Harris gostaria que os humanos fossem mais parecidos com os paramécios. O DNA de todo recém-nascido contém mais de 60 novas mutações, algumas das quais levam a defeitos congênitos e doenças, incluindo cânceres. “Se desenvolvêssemos processos de replicação paramétrica e de reparo de DNA, isso nunca aconteceria”, diz Harris, uma bióloga evolucionária da Universidade de Washington, em Seattle. Os pesquisadores descobriram que esses protistas unicelulares passam milhares de gerações sem um único erro de DNA – e estão descobrindo por que os genomas humanos parecem tão corrompidos em comparação.
A resposta, os pesquisadores relataram no workshop da Evolução da Taxa de Mutação no final do mês passado, é um legado de nossas origens. Apesar dos bilhões na Terra hoje, os humanos eram apenas milhares nos primeiros anos de nossa espécie. Em grandes populações, a seleção naturaI elimina eficientemente os genes deletérios, mas em grupos menores como os primeiros humanos, os genes prejudiciais que surgem – incluindo aqueles que promovem mutações – podem sobreviver.
O amparo vem de dados de uma série de organismos, que mostram uma relação inversa entre a taxa de mutação e o tamanho da população antiga. Este entendimento oferece insights sobre como o câncer se desenvolve e também têm implicações para os esforços de usar o DNA até os ramos da árvore da vida. “Esclarecer por que as taxas de mutação variam é crucial para entender todas as áreas da biologia”, diz o biólogo evolucionista Michael Lynch, da Universidade Estadual do Arizona (ASU).
As mutações ocorrem, por exemplo, quando as células copiam seu DNA incorretamente ou não consertam danos causados por produtos químicos ou radiação. Alguns erros são bons, fornecendo variações que permitem que os organismos se adaptem. Mas alguns desses erros genéticos fazem com que a taxa de mutação aumente, estimulando assim mais mutações.
Por muito tempo, os biólogos assumiram que as taxas de mutação eram idênticas entre todas as espécies e tão previsíveis que poderiam ser usadas como “relógios moleculares”. Contando as diferenças entre os genomas de duas espécies ou populações, os geneticistas evolucionistas poderiam datar quando divergissem. Mas agora que os geneticistas podem comparar genomas inteiros de pais e seus filhos, eles podem contar o número real de novas mutações por geração.
Isso permitiu que pesquisadores mensurassem as taxas de mutação em cerca de 40 espécies, incluindo os novos números relatados para orangotangos, gorilas e macacos africanos. Os primatas têm índices de mutação semelhantes aos humanos, como relatou Susanne Pfeifer, co-organizadora da ASU, na edição de dezembro de 2017 da Evolution. Mas, como Lynch e outros relataram na reunião, bactérias, paramécios, leveduras e nematóides – todos com populações muito maiores que os humanos – têm taxas de mutação muito menores.
Os altos e baixos das taxas de mutação
A taxa em que novas mutações aparecem em um genoma (círculos) é inversamente proporcional ao chamado tamanho efetivo da população da espécie. Os micróbios (à direita) têm as maiores populações e as menores taxas de mutação.
CRÉDITOS: (GRAPHIC) S. PFEIFER, EVOLUTION, 71, 2858, 2017, ADAPTED BY N. DESAI/SCIENCE; (DATA) BETH DUMONT, MICHAEL LYNCH, SUSANNE PFEIFFER
A variação sugere que, em algumas espécies, genes que causam altas taxas de mutação – por exemplo, interferindo no reparo do DNA – não são controlados. Em 2016, Lynch detalhou um possível motivo, que ele chama de hipótese da barreira à deriva. Invoca a deriva genética, ou mudanças genéticas ocasionais – “ruído no processo evolutivo que é maior que a força direcional” da seleção, como ele diz. Deriva genética desempenha um papel maior em populações menores. Em grandes populações, as mutações prejudiciais são freqüentemente neutralizadas por mutações benéficas posteriores. Mas em uma população menor, com menos indivíduos se reproduzindo, a mutação original pode ser preservada e continuar a causar danos.
Hoje, 7,6 bilhões de pessoas habitam a Terra, mas os geneticistas populacionais se concentram no tamanho efetivo da população, que é o número de pessoas que levou para produzir a variação genética observada hoje. Em humanos, são cerca de 10.000 – não muito diferentes dos outros primatas. Os humanos tendem a formar grupos ainda menores e se acasalam dentro deles. Em grupos tão pequenos, diz Harris, “não podemos aperfeiçoar nossa biologia porque a seleção natural é imperfeita”.
Harris detectou essas imperfeições até mesmo entre populações de pessoas – evidência adicional, ela observa, para apoiar a hipótese da barreira da deriva. Em vez de olhar para o número geral de mudanças no DNA, Harris concentrou-se na frequência de mudanças em cada tipo de base de DNA nas populações que estudou. Esse “espectro de mutações” varia muito entre diferentes grupos de pessoas, ela relatou. Em 2017, ela e seus colegas estimaram que entre 15.000 e 2000 anos atrás, os europeus tinham um número anormalmente alto de algumas conversões da citosina base para a timina. Desde então, ela encontrou diferenças no espectro de mutações entre populações japonesas e outras da Ásia Oriental. “O modo como o genoma tende a se romper não é o mesmo nos europeus”, como em outras pessoas, diz ela.
Agora, Harris e pesquisadores da Universidade de Copenhague estenderam a análise ao DNA antigo. Entre os europeus, as mutações em excesso de citosina para timina existiam nos primeiros agricultores, mas não nos caçadores-coletores, relatou. Ela especula que a dieta de trigo desses agricultores pode ter levado a deficiências nutricionais que os predispõem a uma mutação em um gene que, por sua vez, favoreceu as mudanças de citosina para timina, sugerindo que o ambiente pode levar a mudanças na taxa de mutação. A Deriva provavelmente desempenhou um papel em ajudar o gene promotor de mutações a ficar por perto.
Eventualmente, ela espera identificar os caminhos e os genes responsáveis. “Isso é cada vez mais necessário”, diz Charles Baer, biólogo evolucionário da Universidade da Flórida em Gainesville. Ficou claro que “as taxas de mutação podem evoluir rapidamente e de todas as formas. Se você realmente quer entender a taxa de mutação, precisa colocar uma lente de aumento”.