Migrando para o Wordpress

Caros leitores,

nos últimos dois meses nosso blog ficou inativo enquanto preparávamos algumas mudanças. Fomos convidados para ter o blog divulgado pela Sociedade Latinoamericana de Biologia do Desenvolvimento (LASDB). Por questões de compatibilidade, transferimos o conteúdo do blog para o Wordpress.

Nosso novo endereço é:

http://evodevobr.wordpress.com/

Nosso conteúdo também poderá ser acessado a partir da página da LASDB:

http://lasdbbiology.ning.com/

Aguardem nossos novos posts em breve, no novo endereço!

Como os soldadinhos desenvolveram seu capacete ? Ou seria uma asa?

Há centenas de anos que os pesquisadores em história natural ficam intrigados com os insetos da família Membracidae (membracídeos), vulgarmente conhecidos no Brasil como soldadinhos. Este grupo relacionado com as cigarras possui cerca de 3200 espécies e uma característica bastante peculiar: desenvolvem na sua região dorsal uma região parecida com um capacete que recobre sua região dorsal. Este capacete possui as mais diversas formas e cores nas diferentes espécies como pode ser visto na figura acima.Uma questão que intrigava os pesquisadores mundiais até a publicação do artigo “Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage” por um grupo frânces na revista Nature era qual a origem embriológica e evolutiva desse capacete que recobre esses insetos?

A hipótese mais aceita até o presente estudo seria que o capacete seria um grande prolongamento por crescimento do segmento torácico 1 (T1). Uma hipótese menos aceita até hoje seria que o capacete fosse, na verdade, um “appendage” (apêndice), assim como as asas e as patas dos insetos em geral são. A questão-chave para se diferenciar entre um simples crescimento não articulado a partir do corpo e um “apêndice” estaria na presença de articulações e movimentos independentes no caso de um apêndice. Filmes mostrados no presente artigo demonstraram que existe uma certa mobilidade elástica nos capacetes dos soldadinhos, além de uma origem bilateral como a das asas, sugerindo que a segunda hipótese é provavelmente a verdadeira. O capacete dos soldadinhos seria, de fato, uma asa modificada ao longo da evolução que após seu surgimento se diversificou nas mais variadas formas como observadas na figura 1.

Descobrir que na verdade o capacete dos soldadinhos é uma asa modificada é muito importante, pois a geração de novas asas é uma das características que menos ocorreu ao longo da evolução dos grupos de insetos. Esses resultados também demonstram que existe o potencial genético dos programas de desenvolvimento de gerar novas estruturas com as mais variadas formas, que são, em geral, eliminadas pela seleção natural quando deletérias.

Sim, é mais um estudo de Evo-Devo juntando conceitos e de forma integrada explicando perguntas bastante antigas.

Como nasce um enhancer?

Uma das mais surpreendentes descobertas da biologia evolutiva e do desenvolvimento foi a revelação de que animais tão diversos como moscas e homens são construídos com as mesmas ferramentas, os mesmos genes. Para conciliar a diversidade da forma animal com a aparente conservação genômica, foi proposto que animais diferentes usam os mesmos genes de formas diferentes. Essa variação na regulação de genes é controlada por seqüências no genoma chamadas de enhancers. Existem diversos exemplos de modificações em enhancers que geram variação na expressão gênica, porém o maior mistério envolvendo enhancers é o de como surgem essas seqüências no genoma.

Com o objetivo de ajudar a resolver este problema, o grupo liderado pelo Dr. Sean Carroll, da Universidade de Wisconsin nos EUA, resolveu comparar a expressão de diversos genes em quatro espécies de mosca (gênero Drosophila). A hipótese era de que diferenças na expressão gênica entre espécies que divergiram recentemente provavelmente terão envolvido a geração de novos enhancers. Os resultados do trabalho foram publicados em 18 de maio na revista PNAS.

Ao analisar a expressão de 20 genes nas diferentes espécies, os pesquisadores constataram que o surgimento de enhancers completamente novos era raro. A maioria das mudanças de expressão gênica resultavam de alterações na duração, na intensidade e na perda de padrões de expressão. Em apenas um dos casos um ganho de expressão foi descoberto.

Neste caso o gene Nep1 passou a ser expresso no lóbulo óptico na espécie D. Santomea. Os autores descobriram que o novo padrão de expressão era controlado por um enhancer já existente, que passou a possuir a capacidade de regular a expressão no lóbulo óptico.

Apesar da descoberta não revelar o surgimento de um novo enhancer propriamente dito, os autores mostram que um novo potencial de expressão gênica surgiu neste enhancer. Os autores não descartam que o novo padrão de expressão pode ser ancestral, tendo sido perdido nas outras espécies e concluem que o novo potencial de regulação foi cooptado a partir de outras sequências de enhancers de lóbulo óptico.

O trabalho ilustra o quão raro parece ser o surgimento de novos enhancers, visto que o simples advento de um novo potencial de expressão gênica foi caso único dentre os 12 genes que mostraram variação de expressão. É possível que diferenças entre espécies de recém divergência sejam mesmo resultado de pequenos acréscimos ou decréscimos e que novos enhancers resultem em maior divergência morfológica. Portanto, como nasce um enhancer?

Você é um homem ou um macaco? O que a genômica diz sobre as características específicas do Homo sapiens

Você já parou pra pensar no porque você é diferente de um macaco? Você falaria, óbvio, eu tenho uma linguagem específica, eu uso a internet, tenho um carro, dirijo e o macaco não. Sim, isso não deixa de ser verdade, mas você sabia que você tem um ancestral comum, isto é, uma espécie que viveu a cerca de 6 milhões de anos atrás e que possuia características comuns tanto aos hominideos e chimpazés daquela época ?

Que esse ancestral comum existiu não é novidade nenhuma para ciência atual, mas um recente estudo publicado na revista Nature procurou entender quais diferenças nos genomas de primatas podem explicar as claras diferenças fenotípicas, isto é, as diferenças que observamos nestes animais. Dentre as principais diferenças morfológicas entre os humanos e os demais primatas estão a região da genitália que apresentam espinhos queratinizados em várias espécies de primatas, mas não em humanos. Acredita-se que estes espinhos tenham sido perdidos na linhagem que deu origem aos humanos e que este evento de perda da estrutura esteja relacionado com o aumento da duração da cópula, que é típica de espécies monogâmicas como nós.

Outros exemplos de perdas de estruturas são discutidos no artigo, que basicamente identificou regiões do genoma de primatas que tinham duas características importantes: 1) Estão presentes em todas espécies as espécies de primatas, mas não no genoma humano. 2) Essas sequencias ausentes no genoma humano estão quase que na totalidade localizadas nas sequencias regulatórias dos genes dos demais primatas, isto é, são pedaços de DNA que regulam a expressão dos genes e não sequencias que dão codificante, isto é, dão origem a proteínas.

O presente estudo é importante pois demonstra que muitas caracteristicas que observamos em humanos são frutos de perdas de regiões dos genomas do nosso ancestral comum com outros primatas. Quais perguntas ainda permanecem? O presente estudo trata apenas das sequencias regulatórias perdidas durante a evolução dos hominídeos, mas quais sequencias reugulatórias foram duplicadas ou surgiram ao longo da evolução dos hominídeos? A seguir as cenas do próximo capítulo...

A Biologia do Desenvolvimento no Pará - Belém

No dia 04 de fevereiro deste ano aconteceu o Simpósio “A Biologia Evolutiva e do desenvolvimento (Evo-Devo)” na Universidade Federal do Pará. Organizado pela Dra. Maria Paula Schneider e contando com grande colaboracao e palestra de abertura do vice-reitor da Universidade e membro da Academia Brasileira de Ciências, o Dr. Horácio Schneider, foram reunidos três jovens pesquisadores atuando em Evo-Devo no Brasil, eu, Rodrigo Nunes da Fonseca, o outro signatário deste blog, Igor Schneider e o nosso amigo em comum, professor da UNICAMP Henrique Marques-Souza. Na verdade a palestra do Dr. Horácio Schneider foi nao só excelente como demonstrou várias questoes interessantes do ponto de vista de Evo-Devo de primatas.

Palestras empolgantes, alunos questionadores e o agradável clima de Belém fizeram do Simpósio um ótimo aprendizado para mim. Particularmente foi impressionante a infra-estrutura encontrada nos laboratórios de genética desta universidade, com sequenciadores de DNA de última geracao e mais importante que isso, cientistas muito bem formados para utilizá-los.



Vou guardar com muito carinho essa visita a Belém....a ciência Brasileira anda muito bem pelos lados do Pará....Parabéns a todos na Universidade Federal do Pará pelo excelente desenvolvimento científico por lá e pelo excelente Simpósio...

Um menino ou uma menina nematóide? Provavelmente menina!

Se você estiver grávida, qual a chance de ter menino ou menina? Se você for um ser humano, a determinação do sexo dependerá fundamentalente do espermatozóide: se este possuir o cromossomo X, o óvulo gerará uma menina, se Y, menino. Por isso a chance de 50% para menino ou menina. Para muita gente, isso não é novidade.

Agora, se você for um nematóide Rhabditis, a situação é curiosamente diferente. O sistema de herança nesses nematóides é XX:XO: espermatozóide contendo cromossomo X determina o sexo feminino. Entretanto, sua chance de ter um nematoidezinho macho com a cara do pai pode ser menor que 5%. Como?  Por quê?

A resposta veio do estudo publicado mês passado na revista Nature Communications pelo pesquisador brasileiro na Universidade do Texas em Arlington, Dr. André Pires da Silva (entrevistado neste blog anteriormente) e seus colaboradores (BBC também comenta o achado aqui).

Dr. Pires da Silva e colaboradores mostraram que, durante a anáphase II da meiose, componentes celulares necessários para motilidade segregam quase que exclusivamente com o cromossomo X. Como consequência, a maioria dos espermatozóides masculinos não se movem e não fertilizam óvulos (ou oócitos).

Os autores expeculam que a alta frequência de proles fêmeas pode ser uma estratégia para solucionar o problema do excesso de cruzamento entre irmãos em populações desta espécie de nematóide, evitando problemas genéticos consequentes de endocruzamento. Através destes resultados, Dr. Pires da Silva e colaboradores respondem mecanisticamente em nível celular uma pergunta de cunho ecológico e evolutivo.

Agora, se me permitem um minuto de humor e reflexão, imagine um mundo onde seres humanos tivessem a estratégia reprodutiva deste nematóide. Você tem menos de 5% de chance de nascer homem, mas se conseguir o feito, encontrará um mundo onde 95% das pessoas são do sexo feminino. Bom ou ruim? :)

BD itinerante – Parte 3 – Joao Pessoa, Paraíba

O curso itinerante de Biologia do Desenvolvimento continuou sua jornada na Universidade Federal da Paraíba (UFPB) em Joao Pessoa onde fomos ciceroneados pelo Prof. Luiz Fernando Marques-Santos coordenador do único Laboratório de Biologia do Desenvolvimento dessa instituição.

Dessa vez tivemos um curso diferente uma vez que alunos de graduação da UFPB a maior parte deles alunos de iniciação cientifica do Prof. Luiz Fernando foram nossos alunos na última parte de nossa jornada. Devo em muito agradecer estes alunos que tiveram muita empolgação em aprender os conceitos ministrados durante o curso.

Descobri também que estes alunos tem uma disciplina obrigatória na graduação de biologia molecular do desenvolvimento, uma exceção em nosso país. Parabéns ao Luiz Fernando pelo seu esforço em organizar o curso e nos ciceronear e a todos os alunos que sem dúvida nenhuma em muito engrandeceram o curso. Acho que a experiência de levar a biologia do desenvolvimento para outros lugares do Brasil foi muito engrandecedora...E sem dúvida vamos sentir muita saudade do Nordeste...

BD itinerante – Parte 2 – Teresina, Piauí

O Curso de Biologia do Desenvolvimento Itinerante continuou seus passos na cidade de Teresina, Piauí no Departamento de Morfologia da Universidade Federal do Piauí. Nossa jornada nessa Universidade foi bastante intensa com o nosso curso ocorrendo de forma compacta em 2 dias ao invés de 3 dias como em Fortaleza. Assim mesmo, todas as aulas práticas funcionaram muito bem com destaque para o desenvolvimento dos embriões de galinha que dessa vez se desenvolveram muito bem aqui em Teresina graças à chocadeira provida pelo Prof. Aírton Mendes Condedo Departamento de Morfologia da UFPI. Abaixo temos o Prof. José Marques Brito (UFRJ-PCM) mostrando a vasculogênese em formação no ovo de galinha em uma de suas aulas práticas.

O grande acolhimento que tivemos em Fortaleza se repetiu aqui em Teresina uma vez que a Profa. Ludmila Tolstenko atuou como uma excelente cicerone no Piauí e contamos com o total apoio da Chefe do Setor de Histologia e Embriologia a Prof. Zulmira Lúcia Oliveira Monte. Muito obrigado a todos os alunos, muitos deles na verdade professores, da Morfologia da UFPI que tanto se dedicaram para as práticas do nosso curso funcionarem.

Assim partimos a terceira e final parte da nossa jornada pelo Nordeste do Brasil levando as nossas práticas de biologia do desenvolvimento para João Pessoa Paraíba num longo dia de viagem partindo de Teresina, Piauí. Teresina sem dúvida nenhuma vai deixar saudade nos nossos corações.

Biologia do Desenvolvimento (BD) Itinerante Parte I – Fortaleza

É com grata satisfação que volto a escrever no blog num momento fascinante da minha vida acadêmica. No meio do ano fui chamado pelo Prof. José Garcia Abreu (UFRJ) para participar de um projeto inovador de levar a Biologia do Desenvolvimento e a Biologia Evolutiva do Desenvolvimento para outras áreas do Brasil fora do eixo Sudeste-Sul. Este desafio surgiu e foi estimulado pelo Encontro dos Alunos de Biologia do Desenvolvimento em Macaé que organizamos e que já postamos no blog.

Durante os primeiros 15 dias do mês de dezembro estivemos de 03 a 05 em Fortaleza, Ceará, entre 08 e 11 em Teresina, Piauí e entre 12 e 15 em João Pessoa, Paraíba onde cursos práticos ministrados pelos Prof. José Garcia Abreu (Xenopus, anfíbios), Prof. José Marques Brito (galinha) e por mim, Rodrigo Fonseca (artrópodes, Evo-Devo). A aluna de doutorado Alice Reis é engrenagem fundamental nesse curso, atuando como monitora de todos os animais vertebrados e invertebrados mostrados na prática.

Estes cursos têm como objetivo de estimular o ensino da biologia do desenvolvimento pelo país e a entrada de novos pesquisadores nessa área fascinante. Na primeira parte estivemos em Fortaleza, Ceará e contamos com uma turma de 20 alunos, na verdade a maior parte deles professores de Embriologia e Histologia de Universidades Federais do Nordeste Brasileiro.

Nesse primeiro ponto da nossa jornada (Fortaleza, 03 a 05 de dezembro) tivemos o imenso prazer de contar com alunos extremamente interessados em aprender a biologia do desenvolvimento e todo o apoio logístico dos Professores (Profa. Eliane e Profa. Gerly de Brito) e do corpo técnico do Depto. de Morfologia da UFC. Esperamos que a “semente” da biologia do desenvolvimento tenha sido plantada em cada um desses alunos multiplicadores do conhecimento no país.

Esse curso só foi possível devido ao apoio do Prof. Vivaldo Moura Neto (ICB/PCM/UFRJ) e da Cátedra de Biologia da Forma e do Desenvolvimento (UNESCO), do fomento da CAPES e do apoio logístico da empresa Leica, que está montando estações de observação nestas três universidades do Nordeste, contando inclusive com câmeras de alta resolução capaz de captar imagens de alta-qualidade como as mostradas abaixo, no caso ovaríolos da mosca-da-fruta, Drosophila melanogaster.

Por enquanto é isso de Fortaleza, em breve mando um resumo de Teresina, Piauí e depois de João Pessoa, Paraíba. Abraços a todos os alunos desse curso maravilhoso que tanto nos motivaram.

Os dinossauros de Paul Sereno

Hoje em dia qualquer museu de história natural tem seu gift shop tomado de pequenos dinos de pelúcia e ao fim do passeio, crianças e jovens tem a certeza de que quando crescerem querem ser paleontólogos (em outras palavras; caçadores de fósseis de dinossauros). A paleontologia é muito mais que os populares dinossauros, mas quando você se depara com um fóssil de um fêmur de 1,5 metros de comprimento, a sensação é de que há de fato algo de mágico a respeito destas criaturas.

Ontem fomos com alguns colegas de trabalho visitar o Fossil Lab de um dos mais famosos "caçadores de dinos" da história, Paul Sereno. Seu lab fica a apenas uma quadra e meia do nosso, aqui na Universidade de Chicago, em um prédio ordinário, cujo exterior não revela qualquer pista dos tesouros que este abriga.

Por dentro, boa parte do prédio é oco como um grande armazém, e caixas enormes decoram o interior. Na segunda entrada à direita, uma placa anuncia: "Fossil Lab - Research Collection and Preparation". Já de câmeras a postos, aguardamos do lado de fora enquanto nossa ilustradora de fósseis Kalliopi Monoyios, toca a campainha. Nosso cicerone por boa parte do passeio é Tyler Keillor, especialista em reconstrução paleontológica. A primeira impressão ao entrar no Fossil Lab é de que nada lá é pequeno: caixas fechadas ou parcialmente abertas, rochas cobertas com uma camada espessa de gesso ou parcialmente descoberta, revelando pedaços de rocha e osso - tudo tem pelo menos 1 metro cúbico.

Ao longo do passeio Tyler nos mostra fragmentos de dinossauros, garras do tamanho do meu antebraço e outra variedade de fósseis sendo revelada pela equipe de pelo menos 4 preparadores. Tyler nos informa que não podemos bater fotos de tudo pois muita coisa ali ainda não foi descrita na literatura, mas incluo aqui uma foto do crânio do crocodilo gigante (Sarcosuchus), quase engolindo a adorável Dra. Patrícia Schneider. Sarcosuchus foi descrito por Paul Sereno em 2001, na revista Science e você pode encontrar mais informções no site da National Geographic, que gerou um programa dedicado ao super croc (when crocs ate dinosaurs - quando crocodilos comiam dinossauros!!).

 No segundo andar do Fossil lab, Tyler e colaboradores transformam ossos em arte: lá, crânios, moldes de silicone sustentados por fibra de vidro, resina epoxi e talento artístico se combinam para gerar modelos tridimensionais de cabeças de dinossauros tão realistas quanto as celebridades de cêra de Madame Tussauds. Lá também pude tirar uma foto com um fêmur de Jobaria, um saurópode de 135 milhões de anos que me esmagaria com uma abanada de rabo. Este foi descrito por Sereno em 1999 na Science.

Segue aqui um link para o website do Fossil Lab. Lá você poderá encontrar mais informações sobre o trabalho do grupo e também fotos do lab e das expedições. Enquanto isso volto eu para o Shubin Lab, tentando me convencer de que meus minúsculos embriões e microscópicas moléculas também são incríveis e que tamanho não é documento...

Exemplos de animais híbridos: a mula, o homem...?!

 De acordo com Michael Ruse (autor de The Evolution-Creation Struggle): "De todos os cientistas no mundo de hoje, não há ninguém com quem Charles Darwin gostaria de passar um fim de tarde junto mais do que Sean Carroll".

Não tive uma tarde com ele, mas senti-me extremamente honrado com os poucos minutos que tive para contá-lo sobre a pesquisa que tenho feito, durante sua visita ao nosso laboratório. Na foto acima sou eu, muito bem acompanhado de Neil Shubin (esquerda) e Sean Carroll (direita).

E por ocasiao de sua visita, aqui segue o link para a matéria que Dr Carroll escreveu recentemente no jornal New York Times. Vale muito a pena conferir! A matéria também encontra-se disponível em versão traduzida para português.

Nesta, Dr. Carroll discute o papel de híbridos no reino animal. Alguns exemplos incluem filhotes híbridos de golfinho e baleia, de diferentes espécies de ursos, de zebra e cavalo, de bisão e boi, etc. Estes híbridos atraem a curiosidade daqueles que os veem em zológicos ou em parques, mas muitos (inclusive biólogos) interpretam estes eventos de hibridização como meras aberrações ou acidentes no processo evolutivo.

Entretanto, Dr. Carroll discute dois experimentos envolvendo espécies de girassóis e abelhas que indicam que eventos de hibridização podem levar a especiação, particularmente quando híbridos são capazes de ocupar nichos que as espécies parentais não são.

Dr. Carroll sugere que a hibridização pode ocorrer na natureza em frequência maior do que se imagina e chama atenção para estudos recentes que suportam uma hipótese mais provocativa: nossa espécie seria resultado de um evento de hibridização!

As primeiras análises de curtas sequências de DNA Neandertal não indicavam que qualquer hibridização com humanos modernos tivesse ocorrido. Entretanto, em maio deste ano o grupo liderado pelo Dr. Svante Paabo analisou mais de 60% do genoma Neanderthal e demonstrou que algo entre 1 a 4% do genoma de europeus e asiáticos, mas não de africanos, foi contribuição direta da mistura de Neandertais e Homo sapiens!

Nas palavras do Dr. Carroll: "as barreiras entre espécies não são necessariamente abismos vastos e intransponíveis; as vezes podem ser transpostos, obtendo resultados maravilhosos".

Biologia do Desenvolvimento na UFRJ/Macaé

Texto original no site do Instituto de Ciências Biomédicas da UFRJ
Por Alice Reis, Marcio Buffolo e José Garcia Abreu

Entre os dias 16 e 19 de setembro, aconteceu o IV Encontro de Alunos de Biologia do Desenvolvimento (EABD) no campus da UFRJ em Macaé. As edições anteriores haviam sido realizadas em São Paulo. O encontro tem como missão integrar os estudantes e pesquisadores de diversos estados, promovendo um intercâmbio de ideias e conhecimentos entre as diversas linhas de pesquisas realizadas no Brasil em Biologia do Desenvolvimento.

Pela primeira vez o EABD aconteceu no Rio de Janeiro e no pólo UFRJ-Macaé. O formato deste encontro sempre foi baseado em apresentações de projetos em mesas redondas de alunos com pesquisadores, além de palestras dos pesquisadores convidados. Nesta quarta edição, o EABD tomou um novo formato, oferecendo cursos totalmente “hands-on” em diferentes modelos biológicos utilizados em pesquisa no campo da Biologia do Desenvolvimento Brasileira.

O curso foi realizado no Núcleo em Ecologia e Desenvolvimento Socioambiental de Macaé (NUPEM/UFRJ), que possui todas as instalações necessárias para o funcionamento do encontro em regime de internato, sendo possível manter um alto nível de interação entre alunos e pesquisadores. Graças à estrutura única do NUPEM alunos e professores hospedaram-se no local onde ficam os laboratórios e onde foram realizadas aulas práticas, sem a necessidade de deslocamento. A ocupação deste espaço se deu fundamentalmente através da generosa recepção do Professor Francisco Esteves, diretor geral do NUPEM, e do professor Rodrigo Fonseca, cujo laboratório de pesquisa está no NUPEM. O encontro contou com a participação de alunos de iniciação científica e pós-graduação da UFRJ – Fundão, UFRJ – Macaé, UENF- Campos, FIOCRUZ e USP.

Pesquisadores e alunos ministraram os cursos. Todos os alunos puderam manipular e realizar diferentes práticas com os modelos demonstrados, como a rã Xenopus laevis, onde os alunos puderam observar e praticar experimentos clássicos de dissecção dos embriões e fazer análise fenotípica. Também foi possível aprender técnicas de eletroporação em embriões de galinha e o cultivo in vitro desses embriões. O curso também ofereceu práticas com embriões de modelos invertebrados, como a mosca da fruta Drosophila melanogaster, o mosquito Aedes aegypti, o besouro Tribolium castaneum e carrapatos.

Os alunos vivenciaram práticas de estagiamento embrionário, de fixação e dissecção, além de colorações de rotina. Foi possível observar vantagens e desvantagens de cada modelo e suas aplicabilidades. No mesmo contexto de aulas práticas, também foi oferecido um curso de bioinformática, onde os alunos tiveram a oportunidade de conhecer conceitos básicos e métodos empregados em análise filogenética de sequências gênicas e proteicas.

EABD deu a oportunidade de manipulação de embriões a todos os participantes, enriquecendo o conteúdo previsto e obtendo total aproveitamento e participação dos alunos. As mesas redondas permitiram a discussão de projetos e a integração dos alunos, que expuseram suas deficiêcnias e buscaram soluções, discutindo ciência de maneira informal. Atividades como essa devem ser estimuladas não só em Biologia do Desenvolvimento, mas também em outras áreas, favorecendo o crescimento dos futuros pesquisadores brasileiros. Para tal, o apoio dos órgãos de fomento é essencial.

O IV EABD foi realizado com o apoio do Programa de Ciências Morfológicas do ICB da UFRJ, do NUPEM/UFRJ, particularmente o laboratório integrado de Bioquímica Hatsaburo Masuda e do convênio ICB – UFRJ - Banco do Brasil. Os organizadores do encontro foram os alunos Alice Helena dos Reis (Doutorado, PCM) e Marcio Buffolo (IC-UFRJ).

Evolução, Desenvolvimento e o Genoma Previsível

Nesse post volto a fazer a resenha de um livro, que infelizmente, não possui tradução em portugues, o livro Evolution, Development and the Predictable Genome (Roberts and Company Publishers - ISBN-13: 978-1-936221-01-1). O livro escrito por David Stern, investigador do Huward Hughes Medical Institute (HHMI) e da Universidade de Princeton pode ser considerado um marco na área de biologia evolutiva do desenvolvimento (Evo-Devo).

David é um grande pesquisador da área de Evo-Devo e vem publicando artigos em revistas de alto impacto sobre a evolução de novas estruturas morfológicas em particular no surgimento de cerdas em larvas de diferentes espécies de moscas-da-fruta.

Neste livro David Stern faz uma excelente integração entre genética de populaçoes e a biologia do desenvolvimento, os mecanismos genéticos responsáveis por geração de novas morfologias, numa linguagem bastante acessível. Particularmente interessante, David discorre sobre a pergunta se a natureza molecular das modificacoes responsáveis pela diferença entre os grandes grupos (Filos, Ordens) seriam as mesmas que ocorrem entre populações que estão em processo de divergência.

David termina o livro com um capítulo bastante interessante que discursa sobre a estrutura das redes regulatórias gênicas (gene regulatory networks - GRN em inglês) e a possilidade de surgimento de novidades morfológicas. David argumenta que alguns genes sao mais "especiais" (hot-spots) que outros pela sua posicao em uma rede regulatória. Afetar a regulação destes genes seria o caminho mais provável para se obter uma inovação morfológica, daí o "Predictable Genome" do título do livro.

Muitos experts vão dizer que não existem tantos exemplos assim de genes especiais em tantos processos de desenvolvimento descritos, mas acho que David arrisca bem...só o futuro, com a busca de mais exemplos e mais estudos, dirá se ele estava certo...

O mais antigo registro de vida animal no planeta

Acredita-se que entre 1 bilhão e 542 milhões de anos atrás, nosso planeta passou por pelo menos dois períodos de glaciação global, nos quais esteve completamente coberto de gelo. A hipótese, chamada de Terra bola de neve (snowball earth), ajuda também a explicar a ausência de fósseis de organismos multicelulares mais antigos que 600 milhões de anos atrás, assim como a "explosão" de formas multicelulares que ocorreu logo após este período de glaciação, conhecida como a explosão do cambriano.

O registro fóssil mais antigo de vida animal ocorre já no fim da última grande glaciação: uma esponja chamada Paleophragmadictya. Portanto, poucos cientistas estariam sequer dispostos a procurar por fósseis animais (e gastar seus recursos de pesquisa) em rochas mais antigas que 650 milhões de anos. Dificilmente um organismo multicelular sobreviveria a Terra bola de neve.

Porém, com ajuda da fundação americana de ciência (National Science Foundation), o grupo liderado pelo Dr. Adam Maloof, da universidade de Princeton, resolveu seguir para a Austrália e embarcar nesta ingrata tarefa de procurar por sinal vida animal onde niguém jamais encontrou.

E, ao que tudo indica, a empreitada rendeu dividendos: em forma de esponja!

Na edição de 17 de agosto da revista Nature Geosciences, Maloof e colaboradores descrevem o que acreditam ser fósseis de esponjas de 650 milhões de anos atrás. Os autores utilizam softwares de computação gráfica para reconstruir modelos tri-dimencionais dos fósseis. Como resultado, eles puderam observar vários canais internos assimétricos e câmaras semelhantes aquelas encontradas em esponjas modernas. Os fósseis ainda estão sob olhar crítico da comunidade científica e a ausência de outras características típicas de esponjas como espículas fossilizadas estão sendo debatidas.

De qualquer forma, se o achado de Maloof e colaboradores estiver correto, ao menos alguns dos mais antigos animais sobreviveram a glaciação global. Alternativamente, a glaciação não foi tão severa quanto se acredita e a terra não se tornou uma bona fide bola de neve.

Algo que acho válido ressaltar a respeito deste post e do anterior sobre a publicação do genoma da esponja Amphimedon queenslandica: a pesquisa biomédica tem como foco a cura de doenças e a busca por melhor qualidade de vida para a humanidade. Muito legal né? Mas notem o quanto podemos aprender a respeito da historia do nosso planeta e nossa própria história apenas estudando esponjas? Na minha opinião, muito mais legal! Quem somos, de onde viemos e para onde vamos? Você não encontrará resposta para essas perguntas no New England Journal of Medicine.

Os segredos da multicelulariedade animal: O genoma das esponjas

Na edição dessa semana da conceituada revista Nature foi publicado o genoma da espécie de esponja Amphimedon queenslandica trazendo importantes informações a cerca das seqüências de DNA encontradas nesses organismos na base da cadeia evolutiva dos animais.

Esponjas são animais que não são muito de se mover (nem tudo que não se mexe é planta) e que vivem em nosso planeta há mais de 600 milhões de anos. Estes organismos guardam importantes segredos sobre como nossa organização celular evoluiu, isto é, como controlamos a proliferação a diferenciação das nossas células sem gerar processos de divisão desordenados, como o câncer por exemplo.

E o que o genoma das esponjas traz de novo e porque foi de grande importância desvendá-lo? Ao comparar o genoma da Amphimedon com o de organismos mais complexos como nós e com organismos mais simples como o coanoflagelado unicelular Monosiga pôde-se descobrir o que é comum e diferente entre estes organismos.A partir desta análise o artigo reporta que várias moléculas importantes para o controle do ciclo celular e para a comunicação célula-célula estão presentes nos genomas desta esponja e ausentes no genoma do coanoflagelado Monosiga, um representante unicelular. Aparentemente o advento de organismos mais complexos está ligado ao aparecimento de novos genes na cadeia dos animais e em novas interações que começaram 600 milhoes atrás com o nosso ancestral comum com as esponjas.

Mas como tudo na ciência novas perguntas se abrem a partir do presente estudo. Saber como esses genes importantes para a multicelulariedade atuam nas esponjas é uma delas....Mas como os próprios autores mencionam as esponjas não são organismos fáceis de lidar e de se cultivar em laboratório, a espécie cujo genoma foi seqüenciado, por exemplo, fica no oceano australiano.....é chegado o momento de mergulhar....

Srivastava M, Simakov O, Chapman J, Fahey B, Gauthier ME, Mitros T, Richards GS, Conaco C, Dacre M, Hellsten U, Larroux C, Putnam NH, Stanke M, Adamska M, Darling A, Degnan SM, Oakley TH, Plachetzki DC, Zhai Y, Adamski M, Calcino A, Cummins SF, Goodstein DM, Harris C, Jackson DJ, Leys SP, Shu S, Woodcroft BJ, Vervoort M, Kosik KS, Manning G, Degnan BM, & Rokhsar DS (2010). The Amphimedon queenslandica genome and the evolution of animal complexity. Nature, 466 (7307), 720-726 PMID: 20686567

Pax-6 e a origem dos olhos

A biologia da evolução e do desenvolvimento (Evo-devo)  é um campo aberto de pesquisa que oferece diversos "problemas" biológicos a serem resolvidos. Alguns problemas, porém, recebem atenção especial. Um deles é a origem dos olhos.

Charles Darwin já o descreveu como um órgão de extrema perfeição e a turma do contra (contra-senso) costuma usá-lo como exemplo de um órgão tão complexo que não poderia ter outra origem que não a intervenção divina.

Para biólogos, resolver se os olhos evoluiram ou não é um problema sem graça, pois já foi resolvido há muito tempo (mais informações em Shubin et al., 2009, Nature). Um problema interessante é saber se todos os olhos complexos tem a mesma origem ou se evoluíram de forma independente. E é este problema que Suga e colaboradores ajudaram a responder em recente artigo publicado na revista PNAS.

O desenvolvimento dos olhos de todos os animais bilatérios começa com a atividade do fator de transcrição Pax-6. As águas-vivas (medusas) pertencem ao grupo de animais de parentesco mais distante do nosso e possuidores de olhos complexo. Porém estas aparentemente não possuiam gene pax que desempenhasse função na formação de olhos.

Hiroshi Suga e colaboradores, trabalhando no laboratório de Walter Gehring em Basel na Suiça, foram capazes de identificar um gene da família Pax, chamado de pax-A, em águas-vivas. Os autores mostram que Pax-A é expresso nos olhos e ativa a expressão de genes da família opsina, que são também os genes-alvo do Pax-6 em vertebrados. Por fim, os autores mostram que a indução da expressão do Pax-A de água-vivas em moscas resulta na formação de olhos adicionais.

Este estudo mostra que a via gênica responsável pela formação de olhos complexos já estava presente no ancestral comum entre humanos e cnidários. Sim, o olho, de fato, é uma estrutura fantástica e de extrema complexidade. E será que a seleção natural teve tempo pra inventá-lo?  Hoje sabemos: teve, e só o fez uma vez, há mais de meio bilhão de anos. Desde de então, só precisou fazer upgrades.

Como o inseto sabe onde é sua cabeça e onde é sua barriga?

Em um estudo publicado na respeitada revista Current Biology, Jeremy Lynch e Siegfried Roth da Universidade de Colônia, Alemanha investigaram a pergunta acima: Como o ovo do inseto estabelece onde é sua cabeça e sua barriga?



Insetos, em particular a mosca-da-fruta Drosophila melanogaster, diferentemente de outros organismos tais como os vertebrados (incluindo nós, é claro) estabelecem as coordenadas ântero-posterior (cabeca e ânus) e dorso-ventral (barriga e costas) exclusivamente a partir de uma mensagem materna. Assim se você observar uma mosca-da-fruta colocando o ovo, você já sabe qual regiao do ovo dará origem a cabeca e qual dará origem aos orgaos posteriores, como o ânus.

Isso é decorrente de toda a estrutura reprodutiva dentro da mosca-mae, na qual vários óvulos em diferentes fases do desenvolvimento sao observados em forma linear. Assim, um ovo maduro é colocado pela mosca-da-fruta e 20 minutos depois outro ovo maduro pode ser colocado. A fertilizacao ocorre durante a saída do ovo. Esta determinacao de onde a cabeca e o ânus vao se formar vem da localizacao de diferentes moléculas, em forma de RNA-mensageiros nas extremidades de cada ovo e da comunicacao entre o núcleo do óvulo e as células da mae.

O mesmo nao acontece conosco mamíferos, nossa estratégia reprodutiva é diferente. Temos poucos óvulos e cuidamos muito bem deles. Além disso, nossas células iniciais interagem muito mais entre si e se dividem mais lentamente que as células dos insetos. Se você retirar uma célula do seu filho no estágio de 8 células, ele ainda sobrevive muito bem obrigado, por isso nosso desenvolvimento é dito como regulatório, isto é, mesmo que alguma coisa dê errado muitas vezes nossas células conseguem consertar. E além disso nós ficamos no quentinho do útero da nossa mae até o nosso nascimento.

O ovo do inseto nao, é colocado no meio ambiente logo no estágio de 1 célula. Você poderia imaginar, coitado desse ovo de inseto... Mas calma, nao se esqueca de que se ele existe até hoje é porque ele passou por um árduo processo de selecao natural de pelo menos 300 milhoes de anos....
Os insetos desenvolveram uma estratégia de reproducao no qual centenas ou milhares de ovos sao colocados em curto espaco de tempo e sabe-se que nos grupos mais derivados filogeneticamente (representados pela a mosca-da-fruta e o mosquito-da-dengue) a informacao genética da mae que determina os eixos corporais (cabeca e barriga).

Agora sim, vem a pergunta principal do artigo de Jeremy e Siegfried. Seria esse processo de determinacao maternal conservado geneticamente em todos os insetos? A principal evidência viria se um mecanismo molecular comum existisse entre os diferentes grupos de insetos. Essa resposta nao é óbvia, porque diferentes grupos possuem ovários de tipos (e morfologias) bem diferentes.

Em resumo, Jeremy e Siegfried acharam que todos os grupos de insetos que eles analisaram (vespas, grilos, besouros e outros ) usam a via de sinalizacao de Epithelial Growth Factor (EGF) para estabelecer seus eixos corporais (cabeca-ânus, barriga-pescoco), assim como a mosca-da-frutaque se utiliza do mesmo EGF......entao essa via atua neste processo a pelo menos 300 milhoes de anos, indicando que o processo é conservado....

Eu que acompanhei este estudo, pois o Jeremy era meu companheiro (copiando nosso Presidente) de laboratório sei da qualidade e da dificuldade de se realizar um estudo deste tipo, pois foram utitlizadas 4 espécies de insetos em que a manipulacao experimental nao é fácil (organismos nao-modelo)...mas Jeremy fez...pena que a Science nao quis...talvez eu seja suspeito...mas acho que valia....

Lynch, J., Peel, A., Drechsler, A., Averof, M., & Roth, S. (2010). EGF Signaling and the Origin of Axial Polarity among the Insects Current Biology DOI: 10.1016/j.cub.2010.04.023