Você espera normalmente encontrar um pedaço de mamífero, um roedor, algum cervo e até mesmo uma vaca dentro de uma serpente, mas achar um pedaço de uma serpente dentro de uma vaca, isso é algo que você nunca esperaria encontrar! Mas foi exatamente isso que aconteceu ao longo da evolução, só que os pedaços que estamos falando pertencem aos genes de uma familia de víboras, a Viperidae que de alguma forma foram parar dentro do genoma não somente das vacas, mas de todos os mamíferos da ordem dos
Ruminantia, que inclui, vacas, cervos, bodes, girafas entre outros.
Em 1997,
Dusan Kordis e
Franc Gubensek em pesquisas com o gene
Ammodytin L que é expresso nas glândulas de veneno da serpente
Vipera ammodytes, encontraram o retrotransposon ( sequências de genes que se autocopiam via transcriptase reversa para RNA e depois para DNA se integrando no genoma do hospedeiro),
ART-2 que era especifico de
ruminantes, denominado de Bov-B LINE numa das regiões do
intron desse gene. E ai que vem a pergunta, como esse retrotransposon foi parar lá? ou será que originalmente o gene pertencia às serpentes? ou todos os vertebrados possuem esse gene?
A resposta veio após a análise filogenética da distribuição desse elemento, realizada na época, que mostrou claramente que além dos Ruminantia, ele estava presente somente na família Viperidae de serpentes, o que podia indicar mais um caso de transferência horizontal , devido a descontinuidade na história desse gene e das distâncias genéticas desses dois grupos, e isso aconteceu em um a escala de tempo aproximadamente recente, em torno de 5 milhões de anos. Mas em artigo de 1998, os mesmos pesquisadores estenderam sua busca em diversos vertebrados, invertebrados e em algumas espécies de plantas, para confirmar se realmente houve o fenômeno da transmissão horizontal, e se somente estes dois grupos de vertebrados possuíam o BOV-B LINE e chegaram ao consenso que o elemento residia no intímo do material genético que compõe a ordem Squamata (= escamados, serpentes, lagartos e anfisbenias) e a amplificação do Bov-B LINE provavelmente ocorreu durante a era Mesozóica ≈140–210 milhões de anos, no ancestral desse grupo, confirmando a possibilidade da transmissão para o ancestral dos Ruminantia há aproximadamente 50 milhões de anos atrás, durante o Eoceno, e mantida na linhagem por transferência vertical.
A estranheza destas descobertas, que fazem parte do papel desse fenômeno na evolução, é real, eu e você compartilhamos isso, mas o montante de evidências a favor dessa visão da história das espécies cada vez ganha mais corpo. É o que descobriremos nas últimas postagens dessa grande história evolucionária, da promiscuidade molecular entre as espécies. Então, sigam-me os bons...
Referências:
Kordis, D., & Gubensek, F. (1997). Bov-B Long Interspersed Repeated DNA (LINE) Sequences are Present in Vipera Ammodytes Phospholipase A2 Genes and in Genomes of Viperidae Snakes European Journal of Biochemistry, 246 (3), 772-779 DOI: 10.1111/j.1432-1033.1997.00772.x
Kordis, D. (1998). Unusual horizontal transfer of a long interspersed nuclear element between distant vertebrate classes Proceedings of the National Academy of Sciences, 95 (18), 10704-10709 DOI: 10.1073/pnas.95.18.10704
Imagem: daqui
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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 103:8101-8106Mikio 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: 1952-1958Liehr, Thomas: Localization of mariner DNA Transposons in the Human Genome by PRINS Genome Res. September 1, 1999 9: 839-843; 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.
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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) Three-Dimensional 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
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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 artigo “Drosophila 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:
daquiReferências:
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.
17Sylvia Hagemann and Wilhelm Pinsker Drosophila P Transposons in the Human Genome? Mol Biol Evol 2001 18: 1979-1982
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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, GermanyChrisdellavedova.comReferências:Pray, L. (2008) Transposons, or jumping genes: Not junk DNA? Nature Education 1(1)
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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): 344–55Pray, L. (2008) Transposons, or jumping genes: Not junk DNA? Nature Education 1(1)
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O Surgimento da fotossíntese foi um dos momentos grandiosos da história da vida aqui na Terra. Começou quando um grupo de organismos banhados pela imponente radiação do nosso Sol branco-amarelado, começou a retirar o CO
2 da atmosfera para produzir sua matéria orgânica pessoal. A temperatura do planeta começou a baixar (lembre-se que o CO
2 e um gás estufa) e uma nova era do gelo começou. Talvez o primeiro caso de "poluição" em massa, provavelmente levando milhares de organismos anaeróbicos (que não utilizam o oxigênio para respiração) a desaparecerem para sempre. O resto, faz parte da história botânica do nosso planeta. Até certo momento, quando um animal, uma pequena lesma marinha, batizada de
Elysia chlorotica, "roubou" o maquinário necessário para a fotossíntese.
Em novembro de 2008 na revista PNAS, foi publicado uma
pesquisa demonstrando que a
E. chlorotica possui um gene, o
psbO, que é idêntico ao da alga em que ela se alimenta, Vaucheria litorea, não existente em nenhum outro animal e faz parte do sistema fotossintético de plantas e de microalgas como a
Euglena.
A habilidade de fazer fotossíntese, por aproximadamente nove meses após se refestelar em algas marinhas, ocorre devido a ingestão dos plastídios durante o desenvolvimento juvenil do molusco (por isso sua cor esmeralda) já havia sido descrita em
artigos anteriores do mesmo grupo de pesquisa de Mary E. Rumpho, responsável pela identificação do gene PsbO no genoma da
E. chlorotica. Mas como foi que a lesma "roubou" o gene da alga e começou a fazer fotossíntese? Essa característica de roubar, é conhecida técnicamente como cleptoplastia, e deve ter acontecido com os ancestrais da lesma e da alga, que possuem essa profunda intimidade há milhares de anos atrás
, onde acidentalmente o gene foi sequestrado no genoma da lesma em uma
transferência horizontal gênica.Durante o
XII RABU da UNISINOS, em Novembro desse ano, estava assistindo a excelente palestra do prof.
Elgion Loreto da UFSM, de Santa Maria/RS, sobre elementos transponíveis e a transferência horizontal gênica, quando vejo aquela foto enorme projetada da parede, a mesma que ilustra o banner desse blog, e nesse momento todos os meus colegas de curso olharam para trás da fileira de bancos me procurando, pois tinham reconhecido a minha querida lesma marinha fotossintetizante. Um momento grandioso da historia da vida desse blog.
Gostaria de dedicar esse texto ao professor Francisco J. Carrapiço, da Universidade de Lisboa, que gentilmente me aceitou para um estágio em seu laboratório, mas que ainda não pude realizar por motivos econômicos.
Referências:
Chloroplast genes are expressed during intracellular symbiotic association of Vaucheria litorea plastids with the sea slug Elysia chlorotica. Proc Natl Acad Sci USA
Rumpho ME, Worful JM, Lee J, et al. (November 2008). "Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (46): 17867–17871.
100nexos
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Aos caros leitores desse humilde blog não-científico, mas que versa sobre ciência das boas, quero agradecer pela acolhida de todos os bons blogs e pessoas que visitaram este espaço, linkaram, ou somente deram uma passada d'olhos. É natal e perto do fim de ano. Ano esse que dei início a uma escrita não tão séria, mas de temas importantes (para mim?) no campo da biologia e algumas incursões em outras áreas, no Amigo de Wigner.
Ano que vem estarei de volta, com postagens mais seguidas respeitando meus queridos leitores...
Durante o mês de Janeiro estarei na USP em São Paulo (já disse isso antes certo?) num curso de Biologia Molecular e Bioquímica, vai ser maneiro, e por isso programei uma postagem especial sobre a Transferência horizontal de genes, e para começar o ano, um textinho sobre um tema que a tempos quero falar, sobre aquela lesminha ali no canto do layout do blog, a lesma que roubava genes...
Então amigos, um Feliz Natal evolucionista a todos e um excelente Ano Novo, nos vemos em 2010.
L. Felipe Benites
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Ah... enfim chega o final do semestre da faculdade e tenho tempo de me aproximar do twitter, dos outros blogs para saber o que acontece e do meu Amigo de wigner. Fiz a última cadeira de evolução do meu curso e sobrevivi (excelente mas bem difícil). A tempos venho coletando notícias e artigos que gostaria de comentar por aqui, mas o tempo não estava ao meu lado, então, agora estou de volta ao "trabalho". Planejei uma série sobre
elementos transponíveis (aquelas sequências genéticas egoístas e promiscuas) e o fenômeno da transferência horizontal de genes, que acontece devido a essa promiscuidade molecular. Também fui selecionado para um curso de verão na USP em São Paulo de Biologia molecular e Bioquímica durante o mês de Janeiro, então se souberem de algo acontecendo na cidade me avisem por aqui.
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Celebrando os 150 anos do livro
"Sobre a Origem das Espécies por Meio da Seleção Natural ou a Preservação de Raças Favorecidas na Luta pela Vida" que foi lançado em 24 de Novembro de 1859.
Imagem retirada da celebração do Darwin Day de 2008, feito pela artista/cientista Ainsley Seago.
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