Os cientistas descobriram uma forma de seleção natural que é independente do DNA.
A evolução e a seleção natural ocorrem no nível do DNA, à medida que os genes sofrem mutação e as características genéticas permanecem ou são perdidas com o tempo. Mas agora os cientistas acreditam que a evolução pode ocorrer em uma escala completamente diferente – transmitida não por genes, mas por moléculas presas em sua superfície.
Essas moléculas, conhecidas como grupos metil, alteram a estrutura do DNA e podem ativar e desativar genes. As alterações são conhecidas como 'modificações epigenéticas', o que significa que aparecem 'acima' ou 'acima' do genoma. Em muitos organismos, o DNA é pontilhado com grupos metil, mas criaturas como moscas-das-frutas e lombrigas perderam os genes de que precisam.
Outro organismo, a levedura Cryptococcus neoformans, também perdeu genes-chave para a metilação em algum momento do Cretáceo, cerca de 50-150 milhões de anos atrás. Mas vale ressaltar que em sua forma atual, o fungo ainda possui grupos metil em seu genoma. Agora, de acordo com um estudo teórico publicado em 16 de janeiro na revista Cell, os cientistas foram capazes de levantar a hipótese de que C. neoformans conseguiu manter as mudanças epigenéticas por dezenas de milhões de anos graças a uma nova forma de evolução.
“Não esperávamos que o segredo da evolução fosse revelado”, diz o autor sênior Dr. Hiten Madhani, professor de bioquímica e biofísica da Universidade da Califórnia, em San Francisco.
Cientistas estão estudando C. neoformans para entender melhor como o fermento causa meningite fúngica em humanos. De acordo com a UCSF, o fungo infecta pessoas com sistema imunológico fraco e é responsável por cerca de 20% de todas as mortes por HIV / AIDS. Madhani e seus colegas passam os dias vasculhando o código genético do C. neoformans, em busca dos genes essenciais que ajudam a levedura a entrar nas células humanas. Mas a equipe ficou surpresa quando surgiram relatórios de que o material genético era decorado com grupos metil.
'Quando descobrimos que [C. neoformans] metilação do DNA … Achei que devíamos olhar para isso mesmo sem saber o que iríamos encontrar ', disse Madhani.
Em vertebrados e plantas, as células adicionam grupos metil ao DNA usando duas enzimas. O primeiro, denominado 'de novo metiltransferase', associa grupos metil a genes não corados. A enzima mancha cada metade da fita helicoidal de DNA com o mesmo padrão de grupo metil, criando um desenho simétrico. Durante a divisão celular, a dupla hélice se desdobra e constrói duas novas fitas de DNA a partir das metades correspondentes. Nesse ponto, uma enzima chamada 'metiltransferase de manutenção' começa a copiar todos os grupos metil da cadeia original para a metade recém-construída.
Madhani e seus colegas estudaram árvores evolucionárias existentes para traçar a história de C. neoformans ao longo do tempo e descobriram que o ancestral da levedura tinha ambas as enzimas necessárias para a metilação do DNA no período Cretáceo. Mas em algum lugar, C. neoformans perdeu o gene necessário para fazer metiltransferase de novo. Sem a enzima, o corpo não poderia mais adicionar novos grupos metil ao seu DNA – ele poderia apenas copiar os grupos metil existentes.
Em teoria, mesmo trabalhando sozinha, uma enzima de manutenção poderia reter DNA em grupos metil indefinidamente – se pudesse fazer uma cópia perfeita todas as vezes.
Na verdade, a enzima comete erros e perde grupos metil toda vez que uma célula se divide, descobriu a equipe. Quando cultivadas em uma placa de Petri, as células de C. neoformans às vezes recebem acidentalmente novos grupos metil, semelhantes a como as mutações aleatórias ocorrem no DNA. No entanto, as células perderam grupos metil cerca de 20 vezes mais rápido do que poderiam obter novos.
A equipe estima que dentro de cerca de 7.500 gerações, todos os últimos grupos metil desaparecerão, não deixando nada para a enzima copiar. Dada a taxa na qual C. neoformans se multiplica, a levedura deveria ter perdido todos os seus grupos metil em cerca de 130 anos. Em vez disso, ele manteve as edições epigenéticas por dezenas de milhões de anos.
Muitos mistérios ainda cercam a metilação do DNA em C. neoformans. Além de copiar grupos metil entre as fitas de DNA, a metiltransferase de manutenção parece ser importante quando se trata de como a levedura causa infecções em humanos, de acordo com o estudo de Madhani de 2008. Sem uma enzima completa, o corpo não consegue penetrar nas células com a mesma eficiência.
“Não temos ideia de por que isso é necessário para uma infecção eficaz”, disse Madhani.
A enzima também requer muita energia química para funcionar e copia apenas grupos metil para a metade limpa das fitas de DNA replicadas. Em comparação, a enzima equivalente em outros organismos não requer energia adicional para funcionar e às vezes interage com o DNA nu desprovido de quaisquer grupos metil, de acordo com um relatório publicado no servidor de pré-impressão bioRxiv.
Pesquisas futuras mostrarão como a metilação funciona em C. neoformans e se esta nova forma de evolução aparece em outros organismos.
