Wi-Fi Para Neurônios: Primeiro Mapa De Sinais Nervosos Sem Fio Revelado Em Vermes

21.Novembro.2023

Estudos encontram uma rede densamente conectada de neurônios que se comunicam por longas distâncias, em vez de através de sinapses.

O verme Caenorhabditis elegans tem 302 neurônios (verdes) que os pesquisadores podem estudar usando ferramentas como marcadores fluorescentes.Crédito: Heiti Paves/Science Photo Library

A ideia de que o sistema nervoso transmite mensagens de uma célula nervosa para outra apenas através de sinapses – os pontos onde as células se ligam de ponta a ponta – está mudando. Dois estudos mostram como as mensagens podem passar entre células a distâncias maiores, através de uma rede nervosa “sem fios” no verme Caenorhabditis elegans.

Os investigadores não tinham apreciado a extensão desta comunicação sem fios, que acontece quando uma molécula chamada neuropéptido é liberada por um neurônio e interceptada por outro a alguma distância. Os novos estudos, publicados na Nature[1 ]e na Neuron[2], mapeiam pela primeira vez toda a rede de comunicação neuropeptídica num organismo modelo.

“Sabíamos que estas ligações químicas existiam, mas este é provavelmente o estudo mais abrangente num sistema nervoso completo”, diz Gáspár Jékely, neurocientista da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que não esteve envolvido no trabalho. E o que a investigação mostra, acrescenta, é que “nem tudo se resume às sinapses”.

▪️ Criadores de mapas

Os investigadores já tinham elaborado mapas de ligações anatómicas – conectomas – mostrando como todos os neurónios da mosca da fruta (Drosophila melanogaster) e do C elegans estão ligados pelas suas sinapses.

No entanto, William Schafer, neurocientista do Laboratório de Biologia Molecular MRC em Cambridge, Reino Unido, questionou-se sobre o papel dos neuropeptídeos, que eram considerados apenas auxiliares nas mensagens do sistema nervoso.

“Quando comecei a falar sobre isso”, diz ele, “algumas pessoas se perguntaram: ‘será tudo apenas uma espécie de sopa‘”, onde os neuropeptídeos flutuam aleatoriamente de um neurônio para o outro, “ou você pode realmente pensar nisso como uma rede?”

Ele e seus colegas analisaram quais neurônios do sistema nervoso C elegans expressavam genes para certos neuropeptídeos e quais expressavam genes para os receptores desses neuropeptídeos. Usando esses dados, a equipe previu quais pares de células nervosas poderiam estar se comunicando sem fio. Com base nesses resultados, os pesquisadores geraram um mapa potencial de conexões sem fio no verme, encontrando uma conectividade densa que parece muito diferente do diagrama de fiação anatômico do C elegans.

Eles publicaram suas descobertas na Neuron[2] na semana passada.

De forma independente, uma equipe liderada por Andrew Leifer, neurocientista da Universidade de Princeton, em Nova Jersey, estudou como os sinais viajam através do C elegans medindo a atividade neuronal, o que revelou a contribuição desta rede sem fio.

A equipe recorreu à optogenética, uma técnica que usa luz e proteínas sensíveis à luz para acionar as células nervosas para que enviem “mensagens” elétricas. Um por um, os pesquisadores ativaram cada um dos 302 neurônios do C elegans e então visualizaram como os sinais se propagavam de um neurônio para o outro.

Os pesquisadores usaram a optogenética para estimular cada um dos neurônios de C. elegans (mostrados aqui na mira) e depois observaram como o sinal elétrico se propaga para outras células nervosas (cintilação vermelha). Crédito: Francesco Randi, Universidade de Princeton

O mapa de atividade que criaram não seguiu o que teriam previsto para C elegans com base apenas no seu conectoma padrão – e eles suspeitaram que a comunicação neuropeptídica era a peça que faltava. Então eles produziram um verme geneticamente modificado que carecia de uma proteína crucial para esse tipo de sinalização, e viram que quando tentaram ativar as células do verme com optogenética, muitos deles permaneceram em silêncio.

Isto sugere que a comunicação sem fio no verme ativa diretamente os neurônios.

Quando os pesquisadores desenvolveram um modelo para descrever a atividade neuronal em C elegans, eles descobriram que aquele que incorporava conexões sinápticas com fio e sinalização sem fio previa melhor como os sinais viajavam no verme do que apenas as conexões sinápticas.

A equipe publicou seus resultados na revista Nature[1] no início deste mês e os apresentou na reunião da Sociedade de Neurociências em Washington DC, em 14 de novembro.

▪️ Uma visão totalmente nova

“Foi surpreendente ver o quanto a comunicação [dos neuropeptídeos] pode realmente levar à ativação direta dos neurônios”, diz Francesco Randi, primeiro autor do artigo da Nature, que realizou o trabalho enquanto estava em Princeton.

“A rede neuropeptídica foi considerada um auxiliar da sinalização sináptica”, diz Isabel Beets, neurocientista da Universidade Católica de Leuven, na Bélgica, e autora do estudo da Neuron.

“Mas a extensa escala deste mapa de sinalização mostra realmente que é igualmente importante, complexo e talvez ainda mais diversificado do que a rede de sinalização sináptica.”

Drogas como o popular tratamento para perda de peso semaglutida (Wegovy) podem ativar receptores de neuropeptídeos no corpo, portanto, compreender essa rede sem fio é importante, diz Schafer.

Os próximos passos para Schafer e os seus colegas serão realizar estudos semelhantes noutros organismos – com o objetivo de compreender como a rede neuropeptídica, em combinação com a rede sináptica “ligada”, contribui para o comportamento de um organismo.

Uma técnica publicada na Science[3] na semana passada que permite aos investigadores visualizar onde os neuropeptídeos se ligam aos seus receptores pode ajudar nesta busca.

Como os neuropeptídeos são conservados entre as espécies, alguns investigadores suspeitam que esta rede possa ser semelhante à de outros organismos, incluindo os humanos.

“Os dois artigos são belos exemplos de como aproveitar as vantagens de um organismo simples e bem estudado, com muitas ferramentas moleculares e genéticas, para começar a aprender lições que tenho 100% de certeza de que serão aplicadas a todos os animais”, diz Stephen Smith, neurocientista do Allen Institute em Seattle, Washington.

Os pesquisadores esperam que as descobertas estimulem outros a pensar de forma diferente sobre como surge a dinâmica neural.

“Acho que temos que nos afastar da visão do sistema nervoso apenas por sinapses”, diz Jékely. “Isso simplesmente não vai funcionar.”

[Ênfase adicionada]

Referências

[1] Randi, F., Sharma, A. K., Dvali, S. & Leifer, A. M. Nature 623, 406–414 (2023).

Article PubMed Google Scholar

[2] Ripoll-Sánchez, L. et al. Neuron 111, 3570–3589 (2023).

Article PubMed Google Scholar

[3] Wang, H. et al. Science 382, eabq8173 (2023).

Article PubMed Google Scholar

Como A Identidade Celular É Preservada Quando As Células Se Dividem

Por Massachusetts Institute of Technology | Science Daily

16.Novembro.2023

Estudo sugere que a dobragem 3D do genoma é fundamental para a CAPACIDADE das células de ARMAZENAR e TRANSMITIR ‘MEMÓRIAS‘ de quais genes elas DEVEM expressar

Cada célula do corpo humano contém as mesmas INSTRUÇÕES genéticas, CODIFICADAS no seu DNA. No entanto, de cerca de 30.000 genes, cada célula expressa apenas os genes NECESSÁRIOS PARA se tornar uma célula nervosa, uma célula imunológica ou qualquer uma das outras centenas de tipos de células do corpo.

O DESTINO de cada célula é em grande parte determinado por modificações químicas nas proteínas que DECORAM o seu DNA; essas modificações, por sua vez, CONTROLAM quais genes são ATIVADOS ou DESATIVADOS.

No entanto, quando as células copiam o seu DNA para se dividirem, perdem metade destas modificações, deixando a questão: como é que as células MANTÊM a MEMÓRIA de que tipo de célula DEVERIAM ser?

Um novo estudo do MIT propõe um modelo teórico que ajuda a explicar COMO estas MEMÓRIAS são passadas de geração em geração quando as células se dividem.

A equipe de pesquisa sugere que dentro do núcleo de cada célula, o padrão de dobramento 3D do seu genoma determina quais partes do genoma serão marcadas por essas modificações químicas. Depois de uma célula COPIAR o seu DNA, as marcas são parcialmente perdidas, mas a dobragem 3D permite que cada célula filha RESTAURE facilmente as marcas químicas NECESSÁRIAS para MANTER a sua IDENTIDADE. E cada vez que uma célula se divide, marcas químicas permitem que uma célula restaure a dobragem 3D do seu genoma.

Desta forma, ao CONCILIAR a MEMÓRIA entre a dobragem 3D e as marcas, a MEMÓRIA pode ser PRESERVADA ao longo de centenas de divisões celulares.

“Um aspecto fundamental de como os tipos de células diferem é que diferentes genes SÃO ATIVADOS ou DESATIVADOS. É MUITO DIFÍCIL TRANSFORMAR um TIPO de célula em OUTRO porque esses estados estão MUITO COMPROMETIDOS“, diz Jeremy Owen PhD ’22, principal autor do estudo. “O que fizemos neste trabalho foi desenvolver um modelo simples que destaca características qualitativas dos SISTEMAS químicos dentro das células e COMO eles PRECISAM FUNCIONAR para tornar ESTÁVEIS as MEMÓRIAS de EXPRESSÃO genética.”

Leonid Mirny, professor do Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT e do Departamento de Física, é o autor sênior do artigo, que aparece hoje na Science.
O ex-pós-doutorado do MIT Dino Osmanovi também é autor do estudo.

▪️ Mantendo a memória

Dentro do núcleo da célula, o DNA está enrolado em proteínas chamadas histonas, formando uma estrutura densamente compactada conhecida como cromatina.

As histonas podem apresentar uma variedade de modificações que ajudam a CONTROLAR QUAIS genes são EXPRESSOS em uma DETERMINADA célula. Essas modificações geram “MEMÓRIA epigenética”, que AJUDA a célula a MANTER seu TIPO celular.

No entanto, COMO essa MEMÓRIA é TRANSMITIDA às células-filhas é um MISTÉRIO.

Trabalhos anteriores do laboratório de Mirny mostraram que a estrutura 3D dos cromossomos dobrados é parcialmente determinada por essas modificações epigenéticas, ou marcas. Em particular, eles descobriram que certas regiões da cromatina, com marcas que DIZEM ÀS CÉLULAS PARA NÃO LEREM um determinado segmento de DNA, atraem-se umas às outras e formam aglomerados densos chamados heterocromatina, que são de DIFÍCIL ACESSO para a célula.

No seu novo estudo, Mirny e os seus colegas queriam responder à questão de como essas marcas epigenéticas são mantidas de geração em geração.

Eles desenvolveram um modelo computacional de um polímero com algumas regiões marcadas e viram que essas regiões marcadas colapsavam umas nas outras, formando um aglomerado denso. Depois estudaram como essas marcas são perdidas e ganhas.

Quando uma célula copia seu DNA para dividi-lo entre duas células-filhas, cada cópia recebe cerca de metade das marcas epigenéticas. A célula PRECISA então RESTAURAR as marcas PERDIDAS ANTES que o DNA seja passado para as células filhas, e a forma como os cromossomos foram dobrados serve como um modelo para onde essas marcas restantes DEVEM ir.

Essas modificações são adicionadas por enzimas ESPECIALIZADAS conhecidas como enzimas “LEITOR-ESCRITOR”. Cada uma dessas enzimas é específica para uma determinada marca e, uma vez que “LÊEM” as marcas existentes, elas “ESCREVEM” marcas adicionais em locais próximos. Se a cromatina já estiver dobrada em formato 3D, as marcas se acumularão em regiões que já tiveram modificações herdadas da célula-mãe.

“Existem várias linhas de evidência que sugerem que a propagação pode acontecer em 3D, ou seja, se houver duas partes próximas uma da outra no espaço, mesmo que não sejam adjacentes ao longo do DNA, então a propagação pode acontecer de uma para outra”, diz Owen. “É assim que a estrutura 3D pode influenciar a propagação dessas marcas”.

Este processo é análogo à propagação de doenças infecciosas, pois quanto mais contatos uma região da cromatina tiver com outras regiões, maior será a probabilidade de ela ser modificada, assim como um indivíduo suscetível a uma determinada doença terá maior probabilidade de ser infectado à medida que o número de contatos aumenta. Nesta analogia, regiões densas de heterocromatina são como cidades onde as pessoas têm muitas interacções sociais, enquanto o resto do genoma é comparável a áreas rurais escassamente povoadas.

“Isso significa essencialmente que as marcas estarão por toda parte na região densa e serão muito esparsas em qualquer lugar fora dela”, diz Mirny.

O novo modelo sugere possíveis paralelos entre memórias epigenéticas armazenadas num polímero dobrado e memórias armazenadas numa rede neural, acrescenta. Os padrões de marcas podem ser considerados análogos aos padrões de conexões formadas entre neurônios que disparam juntos em uma rede neural.

“Em termos gerais, isto sugere que, semelhante à forma como as redes neurais são capazes de PROCESSAR INFORMAÇÕES MUITO COMPLEXAS, o MECANISMO de MEMÓRIA epigenética que descrevemos pode ser capaz de PROCESSAR INFORMAÇÕES, e não apenas ARMAZENÁ-LAS”, diz ele.

▪️ Erosão epigenética

Embora este modelo parecesse oferecer uma boa explicação sobre como a memória epigenética pode ser mantida, os investigadores descobriram que, eventualmente, a ATIVIDADE da enzima LEITOR-ESCRITOR levaria a que todo o genoma fosse coberto por modificações epigenéticas. Quando alteraram o modelo para tornar a enzima mais fraca, ela não cobriu o suficiente do genoma e as memórias foram perdidas em algumas gerações de células.

Para que o modelo considere com maior precisão a preservação das marcas epigenéticas, os investigadores ACRESCENTARAM OUTRO ELEMENTO: LIMITAR a QUANTIDADE de enzima LEITOR-ESCRITOR disponível.

Eles descobriram que se a quantidade de enzima fosse mantida entre 0,1 e 1% do número de histonas (uma porcentagem baseada em estimativas da abundância real dessas enzimas), suas células modelo PODERIAM MANTER COM PRECISÃO sua MEMÓRIA epigenética por até centenas de gerações, dependendo da complexidade do padrão epigenético.

Já se sabe que as células começam a PERDER a sua MEMÓRIA epigenética à medida que ENVELHECEM, e os investigadores planeiam agora estudar se o processo descrito neste artigo pode desempenhar um papel na erosão epigenética e na perda da identidade celular. Eles também planejam modelar uma doença chamada progéria, na qual as células apresentam uma MUTAÇÃO GENÉTICA que LEVA à PERDA de heterocromatina. Pessoas com esta DOENÇA apresentam envelhecimento acelerado.

“A ligação mecanicista entre estas MUTAÇÕES e as mudanças epigenéticas que eventualmente acontecem não é bem compreendida”, diz Owen.

“Seria ótimo usar um modelo como o nosso, onde existem marcas dinâmicas, juntamente com a dinâmica do polímero, para tentar explicar isso”.

Os investigadores também esperam trabalhar com colaboradores para testar experimentalmente algumas das previsões do seu modelo, o que poderia ser feito alterando o nível das enzimas LEITOR-ESCRITOR NAS CÉLULAS VIVAS e medindo o EFEITO na MEMÓRIA epigenética.

A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais e pela Fundação Nacional de Ciência.

[Ênfase adicionada]

Referência do periódico: Jeremy A. Owen, Dino Osmanović, Leonid Mirny. Design principles of 3D epigenetic memory systems. Science, 2023; 382 (6672) DOI: 10.1126/science.adg3053

Célula Modelo Visualizada Como Uma Fábrica Compacta

Por David Coppedge | Evolution News

30 de maio de 2023, 16h43

No episódio 6 da série de vídeos de Michael Behe, Secrets of the Cell, o animador retratou pequenos operários humanos, robôs e máquinas trabalhando dentro de uma célula bacteriana magnetotática.

Os personagens dos desenhos animados são vistos gerenciando a produção de energia, carregando docas com empilhadeiras em miniatura, codificando software, empacotando os magnetossomos contendo ferro para entrega em correias transportadoras e fazendo todos os tipos de coisas com as quais podemos nos relacionar em nível humano. Células reais, embora operem com muitos dos mesmos requisitos funcionais, são moles.

Elas não se parecem com a animação. Como podemos visualizar as entranhas de uma célula de uma forma que relacione a aparência real com as operações de fábrica que acontecem?

Capturar todas as partes internas de uma célula em suas relações complexas deu muito trabalho, mas alguns pesquisadores estabeleceram um novo patamar para imagens biofísicas. O Allen Institute em Seattle divulgou notícias em 1º de abril que descrevem seu trabalho visualizando o “espaço da forma” de uma célula típica. O cientista sênior Matheus Viana explica o pensamento:

“Sabemos que em biologia, forma e função estão inter-relacionadas, e entender a forma da célula é importante para entender como as células funcionam”, disse Viana.

“Criamos uma estrutura que nos permite medir a forma de uma célula e, no momento em que você faz isso, pode encontrar células com formas semelhantes e, para essas células, pode olhar para dentro e ver como tudo está organizado.” [Enfase adicionada.]

▪️ O Espaço da Forma é o Espaço da Função

A primeira tarefa do projeto foi fixar a forma exterior. Identificar a forma de células-tronco geneticamente modificadas saudáveis não foi fácil, porque elas são moles. Não há dois idênticos, mesmo quando cultivados nas mesmas condições.

As células-tronco no meio da amostra de tecido epitelial têm formas diferentes daquelas nas bordas.

Para complicar ainda mais a tarefa está o fato de que nem todas as células semelhantes executam as mesmas funções ao mesmo tempo.

Algumas podem estar em mitose quando observadas; isso afeta profundamente a forma da célula.

Os pesquisadores descobriram que a maioria de suas 215.081 células eram em forma de feijão ou pêra em vários graus. Medindo a “bean-ness” e “pera-ness” de milhares de células de acordo com 8 critérios de forma, eles chegaram a uma forma média.

Isso permitiu que eles estudassem as localizações de 25 organelas e outras partes internas que eles seguiram usando marcadores fluorescentes.

O resultado é a célula modelo rotativa mostrada no comunicado de imprensa. Tem uma semelhança distante com a fábrica compartimentada de Behe.

Observe suas próprias palavras revelando semelhanças:

Quando eles olharam para a posição das 25 estruturas destacadas, comparando essas estruturas em grupos de células com formas semelhantes, eles descobriram que todas as células se organizavam de maneiras notavelmente semelhantes.

Apesar das enormes variações na forma das células, sua organização interna era surpreendentemente consistente.

Se você está olhando como milhares de trabalhadores de colarinho branco organizam seus móveis em um prédio de escritórios alto, é como se cada trabalhador colocasse sua mesa bem no meio de seu escritório e seu arquivo precisamente no canto esquerdo, não importa o tamanho ou a forma do escritório.

Pode-se aplicar essa descrição à imagem da fábrica de células Behe.

O centro de controle, centro de importação e centro de entrega tendem a seguir uma organização interna previsível.

▪️ Visualizando Alterações Funcionais Durante a Mitose

O primeiro conjunto de dados da equipe do Allen Institute compreendia uma “grande população de linha de base de células em interfase”. Em seguida, eles estudaram as formas das células nas bordas externas dos tecidos epiteliais. Ambos os conjuntos de dados envolviam imagens estáticas. As coisas ficaram realmente interessantes quando eles adicionaram a 4ª ^dimensão: o tempo.

Sua maior conquista foi um modelo 3D incorporando observações de células em divisão – mapeando todas as 25 organelas e estruturas – durante cinco estágios da mitose. O resultado é uma “célula-tronco mitótica interativa” colorida e interativa que os biólogos acharão profundamente interessante para explorar em IMSC.AllenCell.org.

Eu recomendo fortemente que os leitores passem um pouco de tempo no site. Isso me lembra um projeto descrito no filme Metamorfose, da Illustra, em que o biólogo Richard Stringer fez uma série temporal de imagens de ressonância magnética de uma crisálida de borboleta, cortou-as em centenas de quadros e construiu um modelo 3D do que acontece durante a transformação de crisálida em borboleta. A Illustra codificou as estruturas com cores para que os espectadores pudessem assistir de qualquer ângulo enquanto as asas tomavam forma, o sistema digestivo era dramaticamente reorganizado e todos os novos órgãos para o adulto eram construídos.

Da mesma forma, na ferramenta de visualização Allen Cell, os espectadores podem observar o que acontece com cada organela durante a mitose. Esta é uma experiência muito mais rica do que a que os alunos têm na biologia do ensino médio, onde o foco geralmente está nos cromossomos. Agora, pode-se ver o que acontece com as mitocôndrias, o aparelho de Golgi, o nucléolo, o envelope nuclear, os lisossomos, as junções comunicantes, os filamentos de actina e tudo mais durante os cinco estágios mitóticos. Os espectadores podem girar e ampliar a célula, ligar e desligar as 25 organelas, reproduzir uma animação de rotação e observar as partes em diferentes graus de detalhe.

A equipe notou que algumas organelas permanecem relativamente estáveis durante a mitose, migrando para os nós apicais (lifonodos auxiliares), enquanto outras, como o envelope nuclear e o Golgi, sofrem mudanças dramáticas, essencialmente desintegrando-se e reorganizando-se em novas estruturas, como músicos de bandas marciais em uma formação “dispersa”. Os professores de biologia vão adorar esta ferramenta de visualização.

Para os defensores do DI, abre novas oportunidades para hipóteses baseadas em design: por exemplo, o que orquestra a sequência particular de mudanças de cada organela de uma célula para duas células e o que controla suas relações espaciais com outras organelas?

A equipe de Allen vê sua ferramenta de “espaço de forma” como um complemento para estudos baseados em proteínas.

Outras abordagens sistemáticas baseadas em imagens catalogaram a localização de proteínas humanas em vários tipos de células e usaram as localizações de proteínas e estruturas dentro das células para identificar diferenças nos padrões espaciais intracelulares entre as células em estados distintos. Nosso trabalho complementa essas abordagens com foco na análise da organização celular 3D no nível intermediário das estruturas celulares (em vez de proteínas individuais) e na geração de medições quantitativas de aspectos distintos da organização, o que permite comparações estatísticas e fornece uma visão mais sutil, definição sistemática da organização e reorganização celular.

Juntos, esses estudos trazem uma dimensão faltante crucial – isto é, o componente espaço-temporal – para a revolução unicelular.

O conjunto de dados de imagem completo e os algoritmos de análise apresentados aqui, bem como todos os reagentes, métodos e ferramentas necessários para gerá-los, são compartilhados de forma facilmente acessível (https://www.allencell.org/).

Esses dados estão disponíveis a todos para análises biológicas posteriores e como referência para o desenvolvimento de ferramentas e abordagens voltadas para uma compreensão holística do comportamento celular.

Tendo um modelo de uma célula saudável normal digitalizada em um computador, os profissionais médicos poderão identificar estados anormais mais cedo.

Assista ao vídeo livre de Darwin “Como você mede uma célula humana?” para testemunhar a emoção que sentiram quando sua célula modelo foi montada após sete anos de trabalho. E este é apenas o começo. O novo modelo era todo para um tipo de célula, mas um corpo humano tem muitos tipos diferentes de células atuando em múltiplas situações, sujeitas a diferentes patologias.

“Este estudo reúne tudo o que temos feito no Allen Institute for Cell Science desde que o instituto foi lançado”, disse Ru Gunawardane, Ph.D., diretor executivo do Allen Institute for Cell Science. “Construímos tudo isso do zero, incluindo as métricas para medir e comparar diferentes aspectos de como as células são organizadas.

O que me deixa realmente empolgado é como nós e outras pessoas da comunidade podemos agora desenvolver isso e fazer perguntas sobre biologia celular que nunca poderíamos fazer antes.”

A grande equipe de Viana publicou seus resultados em acesso aberto na Nature em 4 de janeiro.

As únicas coisas que “evoluíram” no artigo foram as próprias técnicas inteligentemente projetadas pelos cientistas para geração de imagens e realização de experimentos. Todo o resto estava em “linguagem de máquina”—

Compreender como um subconjunto de genes expressos dita o fenótipo celular é um desafio considerável devido ao grande número de moléculas envolvidas, sua combinatória e a infinidade de comportamentos celulares que determinam.

Aqui, reduzimos essa complexidade focando na organização celular — uma leitura chave e condutora do comportamento celular — no nível das principais estruturas celulares que representam organelas distintas e máquinas funcionais, e geramos o WTC-11 hiPSC Single-Cell Image Dataset v1, que contém mais de 200.000 células vivas em 3D, abrangendo 25 estruturas celulares importantes.

O esforço pioneiro da equipe de Allen para digitalizar uma célula-tronco normal 3D em mitose pode agora ser expandido por outras equipes que desejam investigar outros tipos de células – neurônios, células musculares, eritrócitos, células ósseas – em qualquer outro organismo, de micróbios a mamíferos.

Lembro-me de fotos de vários mamíferos embrionários no útero: uma girafa tomando forma, um elefante, um camundongo. Uma vez que a sequência básica da gestação foi visualizada para o ser humano, tornou-se fascinante procurar semelhanças e diferenças em outros mamíferos. Da mesma forma, o projeto de Allen visualizando uma “célula-tronco modelo” começa o que certamente levará a modelos adicionais para outros tipos de células.

Se, como os defensores do DI sabem por experiência, a complexidade especificada na biologia cresce em função do detalhe, o futuro parece promissor para a apologética do design. Leeuwenhoek teria ficado surpreso.

▪️ Anedota

Há notícias sobre bactérias magnetotáticas que o Dr. Behe discutiu em seu vídeo.

A Associação Helmholtz para Centros de Pesquisa Alemães relata (via Phys.org) que esses micróbios podem remover metais pesados, incluindo urânio, de águas residuais. “Devido à sua estrutura, eles estão positivamente predestinados para tal tarefa”, diz o artigo, observando que eles podem ser facilmente separados da água por meio de ímãs. citações notáveis:

Por apresentarem uma característica que as diferencia de outras bactérias, as bactérias magnetotáticas formam cristais magnéticos nanoscópicos dentro da célula. Eles são arranjados como uma fileira de contas e tão perfeitamente formados que os humanos atualmente seriam incapazes de reproduzi-los sinteticamente. Cada cristal magnético individual é incorporado em uma membrana protetora.

Juntos, os cristais e a membrana formam o chamado magnetossomo, que as bactérias usam para se alinhar com o campo magnético da Terra e se orientar em seu habitat. Também os torna adequados para processos de separação simples.

Bactérias magnetotáticas podem ser encontradas em quase todos os ambientes aquosos, desde água doce até água salgada, incluindo ambientes com muito poucos nutrientes. O microbiologista Dr. Christopher Lefèvre até as descobriu nas fontes termais de Nevada.

Sobre A Origem Da Vida, James Tour Expõe A Irrelevância Da Pesquisa De Lee Cronin

Por Brian Miller | Evolution News
16 de fevereiro de 2023, 13h38

Em meu último artigo, resumi a segunda^{temporada da série de vídeos do químico sintético James Tour, da Rice University, sobre a origem da vida.} Aqui, vou expandir a resposta de Tour a seu colega químico sintético Lee Cronin, onde ele detalha o exagero consistente de Cronin sobre o progresso que ele e outros pesquisadores fizeram para desvendar o mistério da origem da vida. Veja [áudio em inglês] as Partes 1 a 3 abaixo:

▪️ Hype Autocatalítica

Um tema comum nas teorias da origem da vida centra-se no que é chamado de conjuntos de reações autocatalíticas, onde o produto de uma reação catalisa (isto é, acelera) outra reação cujo produto catalisa outra reação em uma rede de reações interconectadas. Os teóricos esperam que tais conjuntos de reações possam ter evoluído para um metabolismo inicial em uma célula primitiva.

Em sua entrevista, Cronin descreveu sua pesquisa sobre um conjunto de aglomerados atômicos autocatalíticos baseados em molibdênio e sugeriu que isso fornece evidências de que uma química comparável na Terra primitiva poderia ter evoluído para uma célula autônoma. Tour descreveu o conjunto de reações em seu experimento como “um monte de bobagens”, uma vez que não se assemelham a nada que poderia ter ocorrido na Terra antiga.

A rede autocatalítica de Cronin só pode existir em um ambiente de laboratório cuidadosamente controlado, e as reações não têm semelhança com o metabolismo celular ou qualquer processo relevante à vida. Em geral, as redes autocatalíticas orgânicas requerem uma engenharia cuidadosa para iniciar e persistir, e as teorias de origem baseadas em redes autocatalíticas enfrentam obstáculos intransponíveis, como reações colaterais que travariam o sistema.

▪️ Onde está a Ribose?

No próximo clipe de entrevista, Cronin afirmou que em outro experimento ele foi capaz de “dirigir” a química necessária para produzir ribose, o açúcar em nucleotídeos, para reduzir moléculas estranhas.

Tour destacou no artigo publicado de Cronin como ele apenas pensou ter reduzido o número de moléculas estranhas porque examinou apenas os produtos que não precipitaram da solução. Mesmo a solução que Cronin estudou continha um grande número de moléculas contaminantes, muitas das quais eram compostas pelos mesmos átomos da ribose, mas em configurações diferentes.

O produto do experimento não poderia auxiliar na origem da vida já que a ribose estava em concentrações tão pequenas, e nunca poderia ser separada das outras moléculas por nenhum processo natural.

As moléculas de ribose raramente, ou nunca, se combinam com as outras moléculas necessárias para formar nucleotídeos (ou seja, nucleobase e fosfato). Quaisquer nucleotídeos que se formassem estariam em concentrações tão minúsculas que nunca poderiam se ligar a uma cadeia de RNA suficientemente longa para beneficiar uma célula em desenvolvimento e, mesmo que os RNAs se formassem, eles se separariam rapidamente (aqui, aqui).

▪️ Aumentando o Calor

Cronin também descreveu seu experimento ligando aminoácidos em cadeias e, em seguida, afirmou que demonstrou a plausibilidade de aminoácidos ligando-se a proteínas na Terra primitiva. A turnê mostrou que Cronin novamente exagerou grosseiramente sua realização.

Seu experimento começou com aminoácidos homoquirais em purezas e concentrações que não poderiam ter ocorrido na Terra primitiva. Além disso, ele teve que aquecer os aminoácidos a 130°C (266°F) por 15 horas apenas para ligá-los em pequenas cadeias.

No entanto, essas altas temperaturas decompõem rapidamente a maioria dos blocos de construção da vida (aqui, aqui), então qualquer outro progresso em direção à vida seria perdido.

Igualmente problemático, as cadeias geradas continham tantas ligações incorretas e eram tão pequenas que eram biologicamente inúteis.

Tour enviou o artigo de Cronin a um químico de peptídeos para confirmar sua conclusão sobre a irrelevância do experimento de Cronin para explicar como os aminoácidos poderiam ter se formado em proteínas em um ambiente pré-biótico. Seu amigo respondeu que o experimento é “uma química interessante, mas não é prática para nada”. O elogio de Cronin à sua própria pesquisa foi puro exagero.

▪️ Protocélulas Oleosas

Em uma exibição final de bravata, Cronin afirmou ter demonstrado em outro experimento a formação de protocélulas e a replicação. Aqui estão suas palavras exatas:

A única coisa aqui é que fomos capazes de mostrar que podemos combinar catálise com moléculas que produziriam um material semelhante a uma célula e que conduziria a replicação da célula…

Então, o que mostramos é que você tem esse processo em que naturalmente faz células-filhas sem nenhuma informação, você sabe, nenhum DNA necessário, nenhuma genética necessária, nenhuma maquinaria complicada para que possamos obter a replicação antes dos genes.

Tour destacou o completo absurdo de comparar gotículas de óleo com células reais, ou mesmo membranas celulares, e equiparar a divisão de gotículas de óleo com a replicação celular. Tour também detalhou o enorme controle do investigador sobre as condições experimentais e os protocolos químicos altamente complexos necessários para formar as gotículas de óleo e conduzir a divisão.

Não apenas o experimento é irrelevante para a origem da vida, mas a química nunca poderia ocorrer sem equipamento de laboratório avançado e químicos altamente treinados. Tour propôs que a deturpação consistente de Cronin sobre a relevância de sua pesquisa para a origem da vida é uma consequência de ele não saber nada sobre química orgânica, uma deficiência que Cronin reconheceu.

A Evolução da Dra. Ann Gauger

Por Stephen Dilley | Evolution News

5 de janeiro de 2023, 6h43

Nota do editor: Temos o prazer de apresentar uma nova série ocasional sobre a “evolução” dos principais cientistas que ajudaram a promover o design inteligente.

“Era como o elenco de personagens de um filme da Illustra Media.”

Esse foi o comentário engraçado da bióloga Ann Gauger em sua primeira visita aos escritórios do Discovery Institute em Seattle. O ano era 2004.

As credenciais científicas do Dr. Gauger chamaram a atenção de Stephen Meyer e ele a convidou para conversar com ele. No dia da reunião, Gauger chegou e se instalou em uma sala de conferências. Entraram Meyer, Jay Richards e Jonathan Wells – os suspeitos de sempre dos filmes da Illustra, como Unlocking the Mystery of Life.

A ocasião da reunião remontava a duas semanas antes. Um amigo havia recomendado a Gauger um artigo no boletim do DI, Nota Bene. O artigo resumiu o artigo controverso de Steve Meyer sobre a explosão cambriana no periódico revisado por pares Proceedings of the Biological Society of Washington . ¹

Gauger vinha lendo literatura sobre o DI há algum tempo. Ela se interessou e resolveu assinar o Nota Bene. Quando ela se inscreveu, ela incluiu “PhD” após seu nome. “Eu me pergunto o que vai acontecer?” ela meditou.

Vinte minutos depois, ela recebeu um telefonema de Logan Gage, um contato administrativo. Logan passou por uma lista de verificação.

“Você tem doutorado, certo?”

“Sim.”

“Você está ciente da lista de Dissidentes de Darwin ?”

“Sim. Na verdade, eu já assinei.“

Um silêncio prenhe. Em seguida, uma resposta:

“Você pode me enviar seu currículo?”

Gauger prontamente o fez. “Eu me pergunto o que vai acontecer?” ela pensou novamente.

Vinte minutos depois, Logan estava ao telefone novamente. “Você pode entrar no DI para falar com Steve Meyer?” Nada foi o mesmo depois disso.

▪️ Evolução como padrão

Como vários cientistas envolvidos no movimento do design inteligente, a Dra. Gauger, hoje membro sênior do Center for Science & Culture, aceitou a teoria da evolução durante grande parte de sua carreira científica.

A teoria foi amplamente aceita e parecia explicar muitos fatos.

Gauger o manteve enquanto buscava diplomas e fazia pesquisas em instituições como MIT, Universidade de Washington e Harvard. Ela era bem viajada e bem estudada.

A evolução fazia sentido para ela.

Na verdade, enquanto fazia seu doutorado em meados da década de 1980, Gauger se interessou por um campo repleto de entusiasmo sobre a evolução. O campo era evo-devo, uma combinação de teoria evolutiva e biologia do desenvolvimento.

O estudo dos embriões e seu desenvolvimento prometia lançar luz sobre a história evolutiva da vida orgânica — e a evolução, é claro, prometia iluminar aspectos fascinantes da biologia do desenvolvimento. O campo estava agitado.

Os pesquisadores estavam particularmente interessados nos genes envolvidos na formação inicial do padrão. Esses genes foram significativos porque foram se pensou que eles exerciam um papel regulador no desenvolvimento do plano corporal. Dizia-se que eles controlavam quando outros genes ligavam e desligavam, uma espécie de papel de nível meta que ajudava a construir a arquitetura de um organismo como um todo.

A esperança era identificar os genes que a evolução usou para fazer inovações importantes durante a história orgânica. Em particular, evo-devo prometia explicar como a evolução produziu novos planos corporais.

Durante esse período, Gauger passou muito tempo estudando zoologia de invertebrados. Ela encontrou tantos planos corporais diferentes – esponjas, moluscos, corais, vermes, águas-vivas e afins – que ela se perguntou:

“Tem que haver uma explicação sobre a origem de todos esses filos. Alguns são tão diferentes.”

Foi aqui, em contato direto com a diversidade dos planos corporais, que foram lançadas as sementes da dúvida sobre o darwinismo.

▪️ Dúvidas Sobre Darwin

No entanto, quando Gauger assistiu ao elenco do filme Illustra entrar na sala do Discovery Institute em 2004, suas preocupações sobre a evolução aumentaram. Porque? Houve muitas razões, mas a principal delas foi a explosão cambriana.

Os fósseis da era Cambriana levantaram o quebra-cabeça que Gauger ponderou enquanto estudava invertebrados: como surgiram todos esses diferentes planos corporais?

Dos 27 filos registrados no registro fóssil, surpreendentes 20 deles surgiram durante a explosão cambriana. Apenas 3 filos aparecem antes do Cambriano, e apenas 4 outros aparecem depois dessa era. ² É o maior evento da história orgânica.

Gauger também percebeu que o mecanismo neodarwinista carecia de poder criativo para gerar tantos novos planos corporais no tempo disponível. ³ E mesmo a promessa de evo-devo falhou. Em particular, Gauger ficou impressionado com o trabalho vencedor do Prêmio Nobel de Christiane Nüsslein-Volhard e Eric Wieschaus.

Esses geneticistas haviam estudado a mosca-das-frutas Drosophila melanogaster, mapeando seu genoma e analisando seu desenvolvimento inicial. Eles descobriram que a mutação ou perturbação das moléculas do plano corporal de ação precoce invariavelmente mata a mosca da fruta. ⁴ Para gerar um plano corporal genuinamente novo, mudanças embrionárias iniciais devem ocorrer. No entanto, para que a evolução ocorra, essas mudanças devem ser viáveis, e não letais.

Em contraste, Nüsslein-Volhard e Wieschaus observaram que os mutantes no início do desenvolvimento nunca eclodiram como larvas. ⁵ Outros problemas atormentavam o evo-devo também. ⁶

Além disso, a própria pesquisa de Gauger após 2004 ajudou a iluminar os principais problemas da teoria evolutiva. Entre outros, ela articulou o problema da circularidade causal, ⁷ o problema dos tempos de espera ⁸ e a implausibilidade da evolução humana. ⁹ Gauger também ajudou a mostrar que um primeiro casal é possível no contexto das origens humanas. ¹⁰ E mais a caminho: um volume que ela editou sobre o caso positivo do design inteligente, por colaboradores argumentando de uma perspectiva católica, está chegando. ¹¹

▪️ Círculo completo

Gauger relembra com uma risada seu encontro inicial com o elenco da Illustra em 2004. “Steve Meyer me guiou por sua apresentação em PowerPoint sobre a explosão cambriana. Ele tinha o argumento certo. Mas percebi um erro de digitação e disse isso.”

O “erro de digitação”, como se viu, foi um ponto técnico sobre invertebrados. Somente alguém versado no campo teria esse tipo de conhecimento. Os anos de pesquisa e estudo da Dr. Gauger a prepararam perfeitamente para o caminho a seguir. ¹²

Notas

“The Origin of Biological Information and the Higher Taxonomic Categories” | Stephen C. Meyer (stephencmeyer.org)
Stephen C. Meyer, Darwin’s Doubt (New York: HarperOne, 2013), 32.
Meyer, Darwin’s Doubt, chapters 8-14.
Christiane Nüsslein-Volhard and Eric Wieschaus, “Mutations Affecting Segment Number and Polarity in Drosophila,” Nature 287 (1980): 796.
Nüsslein-Volhard and Wieschaus, “Mutations Affecting Segment Number and Polarity in Drosophila,” 796.
Meyer, Darwin’s Doubt, chapters 15-16.
For example, “Causal Circularity in Biology” | Discovery Institute and Ann Gauger on “Emerging Clues to Life’s Design” | ID the Future.
Hössjer, O., Günter Bechly and A. Gauger. (2021), “On the waiting time until coordinated mutations get fixed in regulatory sequences,” Journal of Theoretical Biology 524 (2021) 110657. Hössjer, O., Bechly, G. and Gauger, A. (2018), “Phase-type distribution approximations of the waiting time until coordinated mutations get fixed in a population,” chapter 12 in Stochastic Processes and Algebraic Structures — From Theory Towards Applications. Volume 1: Stochastic processes and Applications, S. Silvestrov, A. Malyarenko, and M.Rančić (eds.), Springer Proceedings in Mathematics and Statistics, 245-313.
For example, Hossjer O., A. Gauger, C. Reeves. (2016), “Genetic modeling of human history part 2: A unique origin algorithm,” BIO-Complexity(4):1-36. Hössjer O., A. Gauger, C. Reeves. (2016), “Genetic modeling of human history part 1: comparison of common descent and unique origin approaches,” BIO-Complexity (3):1–15. A. Gauger A, Axe D and C Luskin (2012), Science and Human Origins. Discovery Institute Press, Seattle, Washington. And: “A New Book Refuting Theistic Evolution Puts Ape-to-Man Under the Microscope: Pt. 1” | ID the Future and “New Book Refuting Theistic Evolution Puts Ape-to-Man Under the Microscope: Pt. 2” | ID the Future
For example, Hössjer O, Gauger A (2019), “A Single-Couple Human Origin is Possible,” BIO-Complexity (1):1–21. Ann Gauger (2017), “Human Evolution (Unique Origin View),” in The Dictionary of Christianity and Science, edited by Paul Copan, Tremper Longman III, Christopher L. Reese (Zondervan): 235-243. Ann Gauger, Ola Hössjer, and Colin R. Reeves (2017), “Evidence for Human Uniqueness,” in Theistic Evolution: A Scientific, Philosophical and Theological Critique, edited by J. P. Moreland, Stephen Meyer, Wayne Grudem, Christopher Shaw, and Ann Gauger (Crossway, Wheaton, IL): 475-502. Hössjer, Ola, Ann K. Gauger, and Colin R. Reeves, (2017), “An Alternative Population Genetics Model,” in Theistic Evolution, 503-521. “A First Couple? Here’s the Backstory” | Evolution News and “Human Genetic Variation: The Tale Goes On” | Evolution News.
God’s Grandeur: The Case for Intelligent Design (in press).
For more of Gauger’s story, listen to the ID the Future podcasts episodes https://idthefuture.com/1683/ and https://idthefuture.com/1686/.

Cientistas Descobrem Como São As Redes De Células-Tronco E De Onde Elas Vieram

Pela Universidade de Copenhague | Phys.Org

12.Dez.2022

Peixes celacantos e outros animais. Crédito: Woranop Sukparangsi

– – – – – – – – – – – – –

[Nota deste blog sobre este artigo: este artigo é uma peça evolucionista, logo entenda que o mesmo contém dados objetivos sim, mas possui o viés de confirmação evolucionista mas também possui o uso indevido pelos evolucionistas de linguagem teleológica, aristotelismo e o wishful thinking evolucionista de praxe, a ênfase adicionada não é por mera estética: evidencia vícios de linguagem teleológica descarados, dados claros onde se pode inferir o design inteligente por pura lógica, e evidencia a contraproducência do evolucionismo.]

Um coração batendo, um órgão complicado que bombeia sangue pelo corpo de animais e humanos, não é exatamente algo que você associa a uma placa de Petri em um laboratório.

Mas isso pode mudar no futuro e pode salvar a vida de pessoas cujos próprios órgãos falham. A pesquisa está agora um passo mais perto disso.

Para projetar órgãos artificiais, primeiro você precisa entender as células-tronco e as INSTRUÇÕES GENÉTICAS que GOVERNAM suas propriedades notáveis. O professor Joshua Mark Brickman, do Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW), desenterrou as origens evolutivas de um gene MESTRE que atua em uma rede de genes que INSTRUI as células-tronco.

“O primeiro passo na pesquisa com células-tronco é entender a rede reguladora de genes que sustenta as chamadas células-tronco pluripotentes. Entender como sua função foi APERFEIÇOADA na evolução pode ajudar a fornecer conhecimento sobre como construir células-tronco melhores”, diz Joshua Mark Brickman.

Células-tronco pluripotentes são células-tronco que podem se desenvolver em todas as outras células; por exemplo, células cardíacas. Se entendermos como as células-tronco pluripotentes se desenvolvem em um coração, estaremos um passo mais perto de replicar esse processo em laboratório.

▪️ Um ‘fóssil vivo’ é a chave para entender as células-tronco

A propriedade pluripotente das células-tronco – o que significa que as células podem se desenvolver em qualquer outra célula – é algo tradicionalmente associado aos mamíferos.

Agora Brickman e seus colegas descobriram que o gene mestre que controla as células-tronco e dá suporte à pluripotência também existe em um peixe chamado celacanto. Em humanos e camundongos, esse gene é chamado OCT4, e os pesquisadores descobriram que a versão do celacanto poderia substituir a dos mamíferos nas células-tronco do camundongo.

Além do fato de o celacanto pertencer a uma classe diferente dos mamíferos, ele também é chamado de “fóssil vivo”, pois há aproximadamente 400 milhões de anos se desenvolveu na forma que tem hoje. Tem barbatanas em forma de membros e, portanto, acredita-se que se assemelhe aos primeiros animais a se moverem do mar para a terra.

“Ao estudar suas células, você pode voltar na evolução, por assim dizer“, explica a professora assistente Molly Lowndes.

O professor assistente Woranop Sukparangsi continua: “O fator central que CONTROLA a rede de genes nas células-tronco é encontrado no celacanto. Isso mostra que a rede JÁ EXISTIA NO INÍCIO DA EVOLUÇÃO, potencialmente há 400 milhões de anos”.

Ao estudar a rede em outras espécies, como este peixe, os pesquisadores podem destilar quais são os conceitos básicos que sustentam uma célula-tronco.

“A beleza de retroceder na evolução é que os organismos se tornam mais simples. Por exemplo, eles têm apenas uma cópia de alguns genes essenciais em vez de muitas versões. Assim, você pode começar a separar o que é realmente importante para as células-tronco e usar isso para melhorar a forma como você cultiva células-tronco em um prato”, diz a estudante Ph.D. Elena Morganti.

▪️ Tubarões, ratos e cangurus

Além dos pesquisadores descobrirem que a rede em torno das células-tronco é muito mais antiga do que se pensava e encontrada em espécies antigas, eles também aprenderam como exatamente a evolução modificou a rede de genes para suportar células-tronco pluripotentes .

Os pesquisadores analisaram os genes das células-tronco de mais de 40 animais, incluindo tubarões, camundongos e cangurus. Os animais foram selecionados para fornecer uma boa amostragem dos principais pontos de ramificação na evolução.

Os pesquisadores usaram inteligência artificial para construir modelos tridimensionais das diferentes proteínas OCT4. Os pesquisadores puderam ver que a estrutura geral da proteína é mantida ao longo da evolução. Embora as regiões dessas proteínas conhecidas por serem importantes para as células-tronco NÃO MUDEM, as diferenças específicas da espécie em regiões aparentemente não relacionadas dessas proteínas alteram sua orientação, afetando potencialmente o quão bem ela suporta a pluripotência.

“Esta é uma descoberta muito empolgante sobre a evolução que não teria sido possível antes do advento de novas tecnologias. Você pode ver isso como uma EVOLUÇÃO INTELIGENTE pensando: ‘Não mexemos no motor do carro, mas PODEMOS movê-lo ao redor e MELHORAR o trem de força para ver se ele faz o carro andar mais rápido'”, diz Brickman.

O artigo foi publicado na revista Nature Communications.

O estudo é um projeto colaborativo que abrange Austrália, Japão e Europa, com parcerias estratégicas vitais com os grupos de Sylvie Mazan no Observatório Oceanológico de Banyuls-sur-Mer na França e o professor Guillermo Montoya no Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research na Universidade de Copenhague.

[Ênfase adicionada]

____________________

Mais informações: Woranop Sukparangsi et al, Evolutionary origin of vertebrate OCT4/POU5 functions in supporting pluripotency, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32481-z

Equipe De Pesquisa Descobre Que As Células Têm As Ferramentas Para Curar Huntington E ELA, Mas Não Conseguem Usá-las

Por Technion – Instituto de Tecnologia de Israel | Medical Xpress

16 | Fev | 22

Uma montagem de três imagens de neurônios estriados únicos transfectados com uma versão associada à doença de huntingtina, a proteína que causa a doença de Huntington. Núcleos de neurônios não transfectados são vistos no fundo (azul). O neurônio no centro (amarelo) contém um acúmulo intracelular anormal de huntingtina chamado corpo de inclusão (laranja). Crédito: Wikipedia/ Creative Commons Attribution 3.0 Licença não portada.

Huntington, Alzheimer, ELA e várias outras doenças neurodegenerativas compartilham uma semelhança: todas são caracterizadas por proteínas (diferentes para cada doença) que se agregam em neurônios dentro do cérebro e do sistema nervoso. Agora, cientistas do Technion Israel Institute of Technology descobriram que as células têm os mecanismos para limpar esses agregados – eles simplesmente não conseguem ativá-los. Seu estudo foi publicado recentemente na Nature Communications.

As proteínas são os blocos de construção e as unidades de funcionamento do nosso corpo.

Sempre que o corpo precisa que algo seja feito, proteínas específicas são geradas para realizá-lo. Para fazer isso, o código para a proteína em particular é lido a partir do DNA, e a proteína é construída a partir de subunidades chamadas aminoácidos.

É então dobrado na forma 3D que precisa assumir. Outras proteínas, chamadas “chaperonas”, auxiliam nesse processo de dobramento.

Os agregados se formam quando certas proteínas se formam incorretamente. Em vez de executar a função que deveriam desempenhar, eles se unem, criando clusters consideráveis que não apenas são inúteis, mas também interrompem a funcionalidade normal das células.

A estudante Ph.D Kinneret Rozales e a estudante MD/Ph.D. Amal Younis, trabalhando como parte do grupo de pesquisa do professor Reut Shalgi, examinaram como as células respondem aos agregados que se acumulam dentro delas.

Como podemos saber como uma célula se sente? Não podemos perguntar se está feliz ou com dor.

Mas podemos examinar quais genes a célula expressa. Sabemos que a célula ativa certos genes quando sente estresse. Por outro lado, se tudo estiver bem, esses genes não seriam ativados.

Parte do que a célula faz em resposta ao estresse é ativar chaperonas específicas, na tentativa de corrigir ou remover proteínas mal dobradas.

Mas quais acompanhantes são ativados? E quais são necessários para resolver o problema? Um grande número de acompanhantes diferentes são codificados no DNA humano.

Rozales e Younis examinaram 66 deles em células com Huntington ou agregados de proteínas associados a ALS. Alguns acompanhantes, eles descobriram, só pioram as coisas.

Mas, surpreendentemente, eles também encontraram chaperonas que poderiam eliminar os agregados, curando a célula. As ferramentas para curar a doença já estão dentro de nós, codificadas pelo nosso próprio DNA.

Por que então, se existem os acompanhantes necessários, eles não curam as células dos pacientes antes que os neurônios se degenerem?

“Não é suficiente que as ferramentas existam na caixa de ferramentas da célula”, disse o Prof. Shalgi. “A célula precisa perceber que há um problema e então precisa saber qual, dentre as muitas ferramentas disponíveis, deve usar para resolver o problema.”

Infelizmente, o grupo descobriu, é aí que está o gargalo. Em células com agregados de proteína associados a Huntington, as células perceberam que havia um problema e ativaram algumas chaperonas de resposta ao estresse, mas não as corretas.

As células não sabiam o que estava causando o estresse ou o que deveriam fazer para corrigir a situação. Com agregados associados à ALS , as coisas foram ainda piores; as células não perceberam que precisavam ativar os acompanhantes e não mostraram sinais de estresse.

“A célula é um sistema complicado“, disse o Prof. Shalgi ao explicar as descobertas surpreendentes. “Pense no seu computador: quando algo está errado, às vezes você não percebe no início.

Ele apenas responde um pouco mais devagar do que costumava, talvez, ou lança uma mensagem de erro que você ignora e esquece. Quando você percebe algo errado – na forma de uma tela azul ou uma recusa em iniciar, você, ou um técnico em seu nome, tenta diagnosticar e resolver o problema.

Às vezes, a solução é encontrada imediatamente, mas outras vezes é algo que você nunca encontrou antes, e você não sabe qual driver precisa ser instalado ou peça de hardware que precisa ser substituída. É o mesmo com nossas células: elas nem sempre percebem que há um problema ou sabem como resolvê-lo, mesmo quando de fato têm as ferramentas para fazê-lo.

A boa notícia é que, como a capacidade existe, esperamos que futuros tratamentos possam ser desenvolvidos para ativá-la e empregar as próprias ferramentas do corpo para curar essas doenças neurodegenerativas debilitantes.”

[Ênfase adiciona]

Mais informações: Kinneret Rozales et al, Differential roles for DNAJ isoforms in HTT-polyQ and FUS aggregation modulation revealed by chaperone screens, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-27982-w

O Milagre Das Teias De Aranha

Eric Cassell | Evolution News

7 de dezembro de 2021, 6h30

Nota do editor: O texto a seguir é um trecho do livro recém-lançado, Animal Algorithms: Evolution and the Mysterious Origin of Ingenious Instincts , do Discovery Institute Press. Não perca o próximo webinário com Eric Cassell e Casey Luskin, quinta-feira, 9 de dezembro, das 4h às 17h30, horário do Pacífico. Cadastre-se aqui.

“O que há de milagroso na teia de aranha?” disse a Sra. Arable. “Não vejo por que você diz que a teia é um milagre – é apenas uma teia.”

“Já tentou tecer uma?” perguntou o Dr. Dorian.

EB WHITE, CHARLOTTE’S WEB

As aranhas são outro engenheiro mestre da natureza. Cerca de metade das espécies de aranhas conhecidas (ordem Araneae) constroem teias de seda. As aranhas podem fazer diferentes tipos de seda, dependendo de sua função. Por exemplo, a aranha-tecelã-de-orbe-dourada tem sete tipos de glândulas de seda, com seis fiandeiras. ¹ Algumas são usadas para tecer teias, é claro, mas outros tipos são usadas para embrulhar presas e ovos. A seda pode ser mais forte do que o aço da mesma espessura, pode esticar mais do que a borracha e é mais pegajosa do que a maioria das fitas. ² Os Goulds descrevem a seda como “facilmente o material de construção mais notável do planeta, e tem uma fonte: artrópodes”. ³ Apesar do grande esforço, os humanos ainda não produziram nada funcionalmente equivalente à seda. Por meio da engenharia genética, foram feitas tentativas de duplicá-lo, sem sucesso.

O principal desafio é replicar as moléculas de proteína sofisticadas e ricas em informações encontradas na seda produzida por aranhas e outros artrópodes produtores de seda, como o bicho-da-seda – proteínas que têm quase o dobro do tamanho da proteína humana média. ⁴

Proteínas menores não têm a força ou flexibilidade da seda da aranha. Dadas as tecnologias genéticas e de manufatura avançadas disponíveis hoje, é notável que a seda da aranha ainda não possa ser duplicada. Isso ilustra o quão avançado é o projeto de engenharia da seda de aranha.

Uma típica teia de aranha de jardim

As teias de orbe são os tipos mais comuns e familiares de teias de aranha. Uma típica teia de aranha de jardim é feita de 18 a 195 pés de seda.⁵

As teias consistem em “fios de fixação” pegajosos; “raios” radiais para segurar os fios pegajosos; “Pontes de fios” que agem como linhas de sustentação para segurar a teia; “Fios de sinalização” que informam a aranha por meio de vibrações sentidas nas patas que a presa está na teia; e “linha de reboque” para acessar a teia de sua casa. ⁶ As sedas empregadas nos diferentes usos são cada uma única, sendo construídas a partir de diferentes combinações de proteínas. Os tipos incluem “colante” para elasticidade, “zíper” para flexibilidade e “lego” para resistência. ⁷

A construção da teia é uma atividade objetiva e voltada para objetivos. Isso se torna particularmente óbvio quando se observa o processo em vídeos disponíveis na Internet. ⁸

Várias teias de aranha, mesmo entre aranhas da mesma espécie, estão longe de ser idênticas. A razão mais óbvia para as diferenças é que cada uma é feita sob medida para seu local específico. Como explicam os Goulds, “Cada conjunto de pontos de ancoragem iniciais é diferente; o número de raios depende da oportunidade; o início da espiral pegajosa depende de onde os raios mais longos ficam. Em suma, cada teia é uma produção personalizada. ” ⁹

Os Goulds postulam que as aranhas têm uma forma de capacidade de mapeamento que lhes permite implementar princípios gerais de design em uma ampla variedade de circunstâncias. Isso é demonstrado, por exemplo, por aranhas que consertam com sucesso teias danificadas.

Alçapões, coleiras e tubos

Outra fonte de diferença é a função. Quando pensamos em teias de aranha, tendemos a imaginar o tipo mais comumente encontrado – as teias em forma de rede espalhadas entre as árvores, vigas ou paredes do sótão. Mas existem vários outros tipos, incluindo aquelas que funcionam como alçapões para tocas de aranha, coleiras que se estendem das tocas e teias que funcionam como tubos na casca de árvore que também podem ter portas com dobradiças. ¹⁰

Mencionei tópicos de sinalização acima. Elas dizem a uma aranha que a presa está presente na teia, mas transmitem muito mais do que apenas isso. As aranhas são capazes de determinar o ângulo e a distância da presa do centro da teia. Elas são capazes de determinar a localização da presa usando a mesma técnica básica que usamos para determinar a localização da fonte do som.

Os humanos usam a diferença de intensidade do som recebido por nossos ouvidos para estimar a localização relativa. As aranhas fazem algo semelhante com base na intensidade das vibrações recebidas, no caso delas percebidas por oito pernas. ¹¹ Obviamente, o algoritmo usado no processamento de informações de oito sensores é muito mais complicado do que apenas os dois sensores que os humanos possuem. E isso é apenas a metade. Experimentos demonstraram que as aranhas podem armazenar as coordenadas da localização de pelo menos três presas diferentes que ficam presas na teia. ¹²

Em busca de explicações evolutivas

Fornecer explicações evolutivas confiáveis para a origem da seda e do design da teia tem se mostrado problemático. Várias teorias foram propostas para a origem de ambas, mas nenhuma foi geralmente aceita. ¹³

O biólogo e especialista em aranhas William Shear admite que “uma explicação funcional para as origens da seda e do hábito de fiar pode ser impossível de se conseguir”. ¹⁴

Um fator complicador é que as teias de algumas aranhas aparentadas de maneira mais remota são quase idênticas. Shear escreve: “Parece provável que vários tipos de teia são o produto da evolução convergente – isto é, que a mesma teia evoluiu em espécies não relacionadas que se adaptaram a circunstâncias ambientais semelhantes”. ¹⁵

Mas, como argumentarei no capítulo 6, essa é uma explicação pouco convincente para a origem de comportamentos programados complexos.

Um desafio mais fundamental para aqueles que buscam fornecer uma explicação detalhada e causalmente confiável para a origem da seda e da arquitetura da teia de aranha é o número de genes envolvidos na produção da seda e os complexos genomas das aranhas. ¹⁶ Depois de décadas de tentativas fracassadas de fornecer uma explicação causalmente adequada, alguém pode ser perdoado por concluir que não temos nenhuma razão convincente para supor que um caminho evolutivo passo a passo para tal substrato rico em informações realmente exista. E, como discutiremos mais tarde, agora existem algumas razões positivas para considerar que tais sistemas ricos em informações têm como fonte algo diferente de um processo material puramente cego. Aqui, basta dizer que os comportamentos e funções associados à fiação da seda e da teia exibem muitas características da engenharia humana e de uma engenharia de uma ordem muito elevada.

_____________

Notas

Elizabeth Pennisi, “Untangling Spider Biology,” Science 358 (October 2017): 292.
Barbara Taylor, Jen Green, and John Farndon, The Big Bug Book (London: Hermes House, 2007), 22.
Gould and Gould, Animal Architects, 19.
Robert Service notes that “mass-produced, superstrong fibers remain out of reach.” Robert F. Service, “Silken Promises,” Science 358, no. 6361 (October 2017): 293–294.
Taylor, Green, and Farndon, The Big Bug Book, 24.
Heinrich, The Homing Instinct, 183.
Valerie Altounian, Elizabeth Pennisi, and Robert F. Service, “A Spinner’s Secrets,” Science 358 (October 2017): 292, https://doi.org/10.1126/science.358.6361.292.
Two such videos are Deep Look’s “Is a Spider’s Web a Part of Its Mind?,” https://www.youtube.com/watch?v=rpwkgMX4IlQ; and BBC Earth’s “Beautiful Spider Web Build Time-Lapse,” https://www.youtube.com/watch?v=zNtSAQHNONo.
Gould and Gould, Animal Architects, 52–53.
William Shear, “Untangling the Evolution of the Web,” in Exploring Animal Behavior, eds. Sherman and Alcock, 149.
Gould and Gould, Animal Architects, 50. The Goulds further explain, “The vibrations induced by struggling insects are transmitted along the slack and sticky spiral of catching threads to the taut radii, and thence to the center. The spider compares the strength of vibrations between radii to interpolate the angle of the prey from the center. In theory, the spider should simply rush out along the closest radius until it encounters the insect. However, when vibrations are induced experimentally, the spider nevertheless stops at about the right distance out from the center of the web.”
Heinrich, The Homing Instinct, 50.
Shear, “Untangling the Evolution of the Web,” 148–158.
Shear, “Untangling the Evolution of the Web,” 151.
Shear, “Untangling the Evolution of the Web,” 153–154.
Pennisi, “Untangling Spider Biology,” 288–291

O genoma da girafa não é evolucionário

Evolution News | @DiscoveryCSC

7 de maio de 2021

Qual estudante de biologia não foi testado nas explicações de Lamarck vs. Darwin para a girafa? É uma das histórias obrigatórias sobre evolução nos livros didáticos. Lamarck pensava que os pescoços ficavam mais longos à medida que as girafas se esticavam para chegar ao topo das árvores e seus descendentes herdavam essas características adquiridas. Os alunos ouvem sobre problemas com essa visão (geralmente com histórias auxiliares sobre os experimentos de Weismann decepando as caudas de gerações de ratos). Então, o mecanismo de Darwin – a seleção natural – é apresentado como o vencedor.

Em geral, os parabéns por Darwin ser um dos pensadores mais originais da história da ciência.
(O que os alunos não sabem é que Darwin se tornou mais lamarckiano nas revisões posteriores da Origem devido às crescentes críticas à seleção natural.)

Mas e se ambas as visões estiverem equivocadas? E se a explicação real não for evolucionária? Lamarck e Darwin presumiram que a girafa evoluiu de uma pré-girafa com pescoço curto. Essa suposição é necessária? Só parece necessária se começarmos com a suposição de ancestralidade comum universal por processos naturais não guiados.

Alguns *outliers (*individuos isolados), como estruturalistas ou teístas evolucionistas, podem questionar essa afirmação, mas a maioria dos biólogos evolucionistas não tolera qualquer orientação ou direção para o processo evolutivo (ouça JP Moreland explicando isso em ID the Future [áudio em inglês]). A planta corporal da girafa, com todas as suas características únicas, nunca foi um objetivo no darwinismo ou no lamarckismo. As coisas simplesmente aconteceram dessa maneira.

O gene da girafa

Um novo genoma completo da girafa está começando a lançar luz sobre qual visão tem mais suporte empírico. Publicado por Chang Liu et al. em Science Advances (acesso aberto), dá aos biólogos uma nova perspectiva no discernimento de ligações entre genótipo e fenótipo para este animal icônico único.

O conjunto de adaptações associadas à extrema estatura da girafa há muito interessa a biólogos e fisiologistas. Ao gerar um genoma de girafa em nível de cromossomo de alta qualidade e uma comparação abrangente com outros genomas de ruminantes, identificamos um catálogo robusto de mutações específicas de girafa. Eles estão principalmente relacionados às funções cardiovasculares, crescimento ósseo, visão, audição e funções circadianas. [Ênfase adicionada.]

A maioria dos resumos do artigo, incluindo os da revista Science e The Scientist, não leva em conta o pescoço longo – a própria característica que mais interessou aos primeiros evolucionistas. Em vez disso, eles se concentram em um gene específico denominado FGFRL1. Em humanos e camundongos, esse gene está associado à resistência óssea e à pressão arterial.

A equipe decidiu verificar o que acontece quando a versão girafa do gene, que possui sete diferenças do gene de outros mamíferos, é inserida em embriões de camundongo. Os ratos não desenvolveram pescoços longos, mas desenvolveram ossos mais compactos e densos. Mais importante ainda, eles também sobreviveram a uma droga que aumenta a pressão arterial. A pressão sanguínea da girafa é o dobro da dos humanos.

Parece, portanto, que as girafas têm uma versão do FGFRL1 que as protege dos danos esperados aos tecidos e órgãos da pressão arterial alta o suficiente para bombear o sangue até suas cabeças de 5 metros de altura. Por que esse gene também está associado ao crescimento ósseo?

Essas descobertas fornecem insights sobre os modos básicos de evolução. Os efeitos duplos do gene FGFRL1 fortemente selecionado são compatíveis com o fenômeno de que um gene pode afetar vários aspectos diferentes do fenótipo, a chamada pleiotropia evolutiva. A pleiotropia é particularmente relevante para explicar mudanças fenotípicas incomumente grandes, porque tais mudanças freqüentemente requerem que um conjunto de características seja alterado dentro de um curto tempo evolutivo. Portanto, a pleiotropia poderia fornecer uma solução para o enigma de como a evolução poderia alcançar as muitas mudanças co-dependentes necessárias para formar um animal tão extremo quanto uma girafa.

Algumas outras coisas interessantes foram encontradas no genoma: genes relacionados a ritmos circadianos que podem explicar por que as girafas sobrevivem com pouco sono (já que se levantar do chão é um “procedimento demorado e estranho”), por que seus genes olfativos são reduzidos ( “provavelmente relacionado a uma presença radicalmente diluída de odores a 5m em comparação com o nível do solo”), e por que sua visão é tão nítida (considerada uma troca evolutiva por menos confiança no sentido do olfato).

Os traços mais óbvios da girafa – pescoço longo, pernas longas, padrões de pelos e tudo mais – não foram abordados no jornal. Os autores admitem que “são necessárias mais pesquisas sobre as consequências funcionais das variantes genéticas específicas das girafas”.

Pleiotropia da sorte

Se a pleiotropia é a explicação para a girafa, que mutação feliz no FGFRL1 deve ter ocorrido! Não apenas protegeu a girafa da pressão alta, como também ativou algum outro gene que criou ossos mais densos e de crescimento mais rápido de que a girafa precisa para atingir sua altura máxima sem quebrar o pescoço no processo. Os autores concluem:

No geral, esses resultados mostram que a pleiotropia é um mecanismo plausível para contribuir para o conjunto de co-adaptações necessárias na evolução da alta estatura da girafa.

Já que a pleiotropia parece uma boa explicação para isso, por que não invocá-la em todo o animal? Pense em como isso reduziria o número de mutações sortudas. A evolução poderia fazer mais em menos tempo ganhando a *bola vermelha (*uma referencia à loteria). Uma mutação pode criar os padrões de pelos, colocados no cérebro esponjoso que evita uma hemorragia quando a girafa se inclina para beber, reorganizar os vasos sanguíneos e os nervos e fazer uma dúzia de outras coisas que, de outra forma, exigiriam mutações aleatórias separadas.

Obviamente, isso fica bobo. Se a girafa evoluiu para seu status atual gradualmente, ela teria que ganhar várias bolas vermelhas para manter suas características em sincronia conforme elas mudam.

O mau hábito “evolucionário”

Ao longo desses artigos, é possível ver os escritores inserindo o adjetivo “evolucionário” diante de tudo.

“Um geneticista evolucionista na Universidade de Copenhagen” – por que não apenas um geneticista?
“As girafas são uma criança-propaganda para as esquisitices evolucionárias” – por que não apenas as esquisitices?
“Vários traços fenotípicos que compartilham restrições evolutivas” – por que não apenas restrições, como nas especificações de engenharia?
“Essa [redução na sensibilidade olfativa] pode ser uma consequência evolutiva da visão aprimorada” – por que não apenas uma consequência, como em uma compensação projetada para várias especificações concorrentes?
“Adaptações evolutivas” – por que não apenas adaptações, ou características únicas adequadas ao nicho ecológico da girafa?
“Pleiotropia evolutiva” – por que não apenas pleiotropia?
“Um conjunto de características são alteradas em um curto tempo evolutivo” – por que não um conjunto de características que funcionam juntas?

Os datilógrafos poderiam evitar a síndrome do túnel do carpo eliminando essa palavra desnecessária em artigos científicos e notícias. Parece que os biólogos “evolucionistas”, que deveriam se chamar apenas biólogos, querem empurrar uma narrativa de que tudo no mundo vivo deve homenagear Darwin. A repetição da palavra martela na cabeça das pessoas. Tudo na natureza, eles são ensinados com essa tática de propaganda, é parte de um quadro fantasmagórico fluido onde cada criatura veio de alguma outra criatura e está se tornando outra coisa.

Na verdade, o que importa é entender o design da girafa: como seus genes produzem as características e como as características a tornam bem-sucedida em seu ambiente.
Isso deve ser suficiente para o entendimento científico.

A narrativa “evolucionária” reflete uma predileção filosófica. Visto que a preferência de visão de mundo de uma pessoa não está relacionada ao conteúdo empírico da pesquisa científica, ela deve ser declarada antecipadamente para divulgação completa. Isso não tornaria os leitores mais astutos!

Vindicado, mas não citado: Paper na Nature Heredity apoia a hipótese de devolução de Michael Behe

Por Casey Luskin | Evolution News

16 de fevereiro de 2021

No ano passado, escrevi um artigo aqui no Evolution News intitulado “Harvard Molecular Geneticist Vindicates Michael Behe’s Main Argument in Darwin Devolves.”

Eu discuti um artigo de 2020 de Andrew Murray na revista Current Biology. Esse papel afirmava:

Na evolução experimental baseada em laboratório de novos fenótipos e na domesticação humana das plantações, a maioria das mutações que levam à adaptação são mutações de perda de função que prejudicam ou eliminam a função dos genes, em vez de mutações de ganho de função que aumentam ou alteram qualitativamente a função das proteínas.

O artigo de Murray justificou a tese de Behe, que também argumentou que “a mutação aleatória e a seleção natural são, de fato, ferozmente devolucionárias”. Isso porque “a mutação facilmente quebra ou degrada genes, o que, contra a intuição, às vezes pode ajudar um organismo a sobreviver, então os genes danificados são rapidamente disseminados pela seleção natural”. ( Darwin Devolves , p. 10) Ele continua:

A evolução darwiniana ocorre principalmente danificando ou quebrando genes, o que, contra a intuição, às vezes ajuda a sobrevivência. Em outras palavras, o mecanismo é poderosamente devolucionário. Promove a rápida perda de informações genéticas. [p. 37, ênfase no original.]

Vindicado novamente

Agora Behe foi justificado novamente por um artigo de 2021 na Nature Heredity, que concorda que as mutações de “perda de função” são prevalentes no processo evolutivo:

As opiniões sobre as mutações de perda de função – aquelas que abolem a atividade biomolecular de um gene – mudaram consideravelmente no último meio século. As primeiras teorias da evolução molecular que surgiram durante os anos 1960 e 1970 viram pouco potencial para que mutações de perda de função contribuíssem para a adaptação (Maynard Smith 1970). Exceto no caso de duplicatas de genes inativados, os alelos não funcionais eram frequentemente considerados letais, com a adaptação sendo geralmente considerada um processo explicado apenas pela fixação de alelos únicos mutacionalmente raros que melhoravam ou alteravam a função de um gene (Orr 2005). Apenas recentemente, por meio de descobertas possibilitadas pela disponibilidade de dados de sequência molecular, as visões alternativas de alelos de perda de função adaptativa foram formalizadas, principalmente com as idéias “menos é mais” propostas por Olson (1999). Os paradigmas clássicos da evolução molecular já haviam sido desafiados, por exemplo, pela evidência de que as variantes naturais de perda de função do CCR5 levavam à redução da suscetibilidade ao HIV em humanos (Libert et al. 1998). As descobertas durante as duas décadas subsequentes continuaram a apoiar a ideia de que a perda de função contribui para a adaptação (Murray 2020), com casos de perda de função adaptativa ou benéfica sendo descobertos em diversos organismos, genes, características e ambientes.

(MONROE ET AL., 2021,

“THE POPULOMICS OF ADAPTIVE LOSS OF FUNCTION“,

NATURE HEREDITY)

Você pode notar que a citação final na citação acima é para Murray (2020) – esse é o mesmo Andrew Murray mencionado acima, o geneticista de Harvard sobre o qual escrevi no ano passado que, de forma semelhante, propôs que as adaptações evolutivas frequentemente ocorrem quebrando a funcionalidade no nível molecular.

O artigo do professor Murray foi citado apropriadamente, mas infelizmente este artigo de 2021 evita claramente citar o artigo de Behe de 2010 na respeitada Quarterly Review of Biology, “Experimental evolution, loss-of-function mutations, and ‘the first rule of adaptive evolution’“.

Lá, Behe apresenta argumentos semelhantes. Nem cita o livro de Behe, Darwin Devolves, de 2019. Mas é o suficiente para aceitar a vindicação mesmo que não recebamos a citação.

Citando a literatura relevante (excluindo Behe), este artigo de 2021 continua:

Hoje, a evolução redutiva do genoma é vista como uma poderosa força de adaptação (Wolf e Koonin 2013) e a perda de genes é considerada uma fonte importante de variação genética adaptativa (Albalat e Cañestro 2016; Murray 2020). … Embora a existência de perda adaptativa de função não seja mais seriamente contestada, a suposta natureza mal-adaptativa da perda de função das primeiras teorias pode persistir na linguagem da genética populacional, como no uso contínuo de deletério como sinônimo de perda de função (Moyers et al. 2018). … A existência de uma categoria de alelos distinguidos por uma perda derivada da função bioquímica foi descrita por vários nomes: “amorfo” (Muller 1932), “perda de função” (Jones 1972), “não funcional” (Nei e Roychoudhury 1973), “knockout” (Kulkarni et al. 1999), “null” (Engel et al. 1973), “pseudogene” (Jacq et al. 1977), ou simplesmente “perda de gene” (Zimmer et al. 1980). A perda total de genes é o caso mais óbvio de perda de função. As comparações do conteúdo gênico entre espécies distantemente relacionadas revelaram evidências consideráveis de adaptação por meio da exclusão completa de genes ou mesmo conjuntos inteiros de genes funcionalmente relacionados (Wang et al. 2006; Blomme et al. 2006; Will et al. 2010; McLean et al. 2011; Griesmann et al. 2018; van Velzen et al. 2018; Sharma et al. 2018; Huelsmann et al. 2019; McGowen et al. 2020; Baggs et al. 2020). 2010; McLean et al. 2011; Griesmann et al. 2018; van Velzen et al. 2018; Sharma et al. 2018; Huelsmann et al. 2019; McGowen et al. 2020; Baggs et al. 2020). 2010; McLean et al. 2011; Griesmann et al. 2018; van Velzen et al. 2018; Sharma et al. 2018; Huelsmann et al. 2019; McGowen et al. 2020; Baggs et al. 2020).

Uma base teórica para Behe

O artigo prossegue explorando vários mecanismos mutacionais que levam à perda de função dos genes e à perda completa do gene, fornecendo uma base teórica para a tese de Behe:

Os primeiros princípios e a evidência empírica indicam que muitos tipos de mutações podem ter efeitos que são equivalentes à perda total de genes e, para os fins desta revisão, empregamos esta definição de perdas completas de genes sendo funcionalmente equivalente a outras mutações de perda de função, como como códons de parada prematuros. No entanto, existe a dificuldade prática de que esses diferentes tipos de mutações variam na facilidade com que podem ser detectados e corretamente anotados como alelos de perda de função (Fig. 3). As inserções e deleções que interrompem o quadro de leitura de uma região de codificação de proteína (mutações de deslocamento de quadro), por exemplo, podem ser prontamente classificadas como alelos de perda de função porque a sequência de aminoácidos a jusante será gravemente interrompida. No entanto, uma mutação de deslocamento de quadro na extremidade 3 ‘extrema de uma região de codificação afetando apenas alguns aminoácidos pode ser funcionalmente distinta de uma mutação de deslocamento de quadro na extremidade 5’ extrema, interrompendo toda a sequência de codificação. Uma heurística simples para lidar com essa ambigüidade é um limite, medido pela porção do gene afetada por mutações funcionalmente disruptivas, em que um alelo é classificado como perda de função. Esta abordagem pode ser usada para classificar códons de parada prematuros, frameshift, interrupções de site de emenda, perda de início e inserções e exclusões de infravermelho. Em humanos (MacArthur et al. 2012; Karczewski et al. 2020) e Arabidopsis thaliana (Monroe et al. 2018; Baggs et al. 2020), mutações de perda de função afetam apenas uma pequena fração (por exemplo, <10%) da sequência de codificação total em um gene foram ignoradas ao classificar as variantes de perda de função.

O artigo então explora métodos para detectar quando a perda de função foi selecionada por seleção natural:

Os alelos de perda de função costumavam ser considerados um modelo de variação genética deletéria. Hoje, surgiu uma apreciação mais matizada de seu papel potencial na adaptação. Este novo paradigma inspira investigações sobre questões mais profundas sobre as causas e consequências da adaptação por perda genética de função. Por exemplo: as espécies ou populações diferem em sua capacidade de adaptação por meio da perda de função e, em caso afirmativo, por quê? A alta taxa de mutação efetiva de alelos de perda de função leva a um viés nas probabilidades de diferentes resultados evolutivos? Qual é a contribuição da perda adaptativa de função para os fenômenos de pleiotropia antagônica e isolamento reprodutivo? Como a adaptação por perda de função afeta as trajetórias evolutivas de longo prazo das populações e a capacidade de evolução futura?

Uma questão importante

Concentre-se na última pergunta: O que a prevalência de mutações que prejudicam a função implica para o processo evolutivo? Esta questão é importante e para a qual Michael Behe, através das lentes do design inteligente, propôs uma resposta. A resposta é essencialmente que um mecanismo que prossegue primariamente quebrando características moleculares não pode explicar facilmente a origem de novas características biológicas funcionais no nível molecular. Aqui está o que Behe escreve em Darwin Devolves:

Desde o início da vida até o presente, a degradação benéfica tem sido um pano de fundo constante – não há como evitá-la. Desde o início, o mecanismo darwiniano foi auto-limitado, capaz de eliminar ou modificar sistemas moleculares pré-existentes e, no processo, dar origem a novas variedades de criaturas abaixo do nível de classificação biológica da família (descrito no Capítulo 6), mas incapaz de construir estruturas moleculares funcionalmente complexas. Para explicá-las, devemos procurar noutro lugar. (p. 251)

A literatura está analisando os mesmos dados que os proponentes do design inteligente estão analisando, fazendo observações e perguntas semelhantes. Embora os proponentes do DI nem sempre sejam reconhecidos na literatura por suas contribuições, uma análise cuidadosa mostra que o pensamento do DI é altamente relevante para responder às perguntas que todos estão fazendo.

Como a condensação de proteínas diminui a atividade do gene e garante a sobrevivência de células estressadas

Pelo Instituto Max Planck de Imunobiologia e Epigenética | Phys Org

Modelo para a regulação da condensação NELF sob estresse, como choque térmico. Crédito: MPI of Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Toda a vida na Terra desenvolveu várias camadas e redes para garantir a sobrevivência em eventos catastróficos. Até as células têm seu plano de emergência: a resposta ao choque térmico. Disparado por múltiplos estímulos de estresse, como calor, toxinas ou radiação, este programa de segurança celular tenta prevenir danos permanentes ao organismo. A resposta se assemelha a uma estratégia geral de ‘bloqueio’ adotada, testemunhada durante a pandemia global do vírus corona. Durante um bloqueio, apenas as atividades essenciais são permitidas e os recursos são desviados para medidas que garantam a minimização do impacto de uma pandemia.

Em condições normais, a RNA polimerase II desce pelo DNA. Nos locais corretos, o DNA é transcrito em mRNA, que é então traduzido em proteínas. Em uma crise, entretanto, essa atividade de transcrição deve parar, na maior parte, para interromper ou minimizar a produção de proteínas não essenciais durante condições de estresse. “Este movimento libera as capacidades necessárias para aumentar a produção de RNA e proteínas chamadas chaperonas moleculares, que ajudam a lidar com a ameaça e os efeitos do estresse. A questão permanece: como colocar uma célula inteira sob bloqueio?“ diz Ritwick Sawarkar, líder do grupo no MPI de Imunobiologia e Epigenética e na Universidade de Cambridge.

Condensação NELF sob estresse – garante atenuação da transcrição do gene

Estudos anteriores do laboratório de Sawarkar deram os primeiros insights sobre o que acontece nas células, quando elas mudam do normal para o de emergência. O estresse causa o acúmulo do fator de alongamento negativo (NELF) no núcleo e interrompe a transcrição em um grande número de genes. Mas como exatamente o regulador transcricional NELF executa a chamada Atenuação Transcricional Induzida por Estresse (SITA) permaneceu desconhecido.

“No início deste projeto, tentamos visualizar a proteína NELF com imagens de células vivas para entender melhor seu papel e regulação. Surpreendentemente, descobrimos que NELF forma puncta ou gotículas sob estresse, enquanto a mesma proteína permanece difundida sob condições de estresse. Chamamos essas gotículas de condensados NELF“, diz Prashant Rawat, primeiro autor do estudo. Junto com o Laboratório de Patrick Cramer no MPI for Biophysical Chemistry, que poderia recapitular as mesmas gotículas de NELF in vitro com proteínas purificadas recombinantes, as equipes propõem que a condensação biomolecular induzida por estresse facilita um recrutamento aprimorado de NELF para as regiões promotoras dos genes. Aqui, as gotículas NELF presumivelmente bloqueiam a atividade da polimerase e conduzem a regulação negativa da expressão gênica.

Imagens de microscopia confocal de alta resolução da proteína NELF-A marcada com mCherry (vermelha) em células HeLa humanas. A proteína NELF-A de tipo selvagem forma condensados induzidos por estresse após choque térmico (esquerda), enquanto a proteína sem região IDR falha em formar esses condensados (direita). Barra de escala: 5μm. Crédito: © MPI de Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Condensação NELF movida a tentáculos

As subunidades NELF contêm as chamadas regiões intrinsecamente desordenadas (IDRs). IDRs são as partes de proteínas sem estrutura fixa e atuam como tentáculos. Os cientistas do Max Planck conseguiram mostrar que as interações entre os tentáculos do NELF são essenciais para a condensação. “Muitas moléculas NELF individuais se unem e seus tentáculos se unem fortemente para formar a gota, como se segurassem as mãos uns dos outros. Mas o que mais nos intrigou foi que NELF sempre contém IDRs como parte de sua estrutura, mas só sofre condensação sob estresse“, diz Prashant Rawat.

Usando abordagens moleculares e bioquímicas do genoma e do proteoma, a equipe identificou modificações pós-tradução específicas (PTMs) que são essenciais para a condensação NELF. PTMs são alterações de proteínas após sua síntese e são frequentemente usados por células para responder a estímulos ambientais. Os resultados mostram que duas modificações diferentes tornam os condensados NELF possíveis. “Descobrimos que mudanças contingentes ao estresse na fosforilação de NELF e mais SUMOilação governam a condensação de NELF”, disse Ritwick Sawarkar.

Condensação NELF relevante para aptidão celular

As células que falham em formar as gotículas NELF devido ao IDR prejudicado ou deficiência de SUMOilação também falham em regular negativamente os genes e a transcrição sob estresse. “Se as células não ficarem bloqueadas pela condensação NELF e pela regulação negativa da transcrição, elas arriscam sua aptidão. Nossos dados mostram taxas de morte significativamente maiores de células sem condensação NELF adequada durante o estresse“, disse Prashant Rawat.

Para Ritwick Sawarkar, esses resultados também destacam os aspectos colaborativos da vida nos Institutos Max Planck. “Esta pesquisa só se tornou possível devido à estreita cooperação. O laboratório de Andrea Pichler no MPI-IE foi fundamental para entender o papel da máquina SUMO, enquanto outra colaboração com o laboratório de Patrick Cramer no MPI-BPC Göttingen poderia recapitular as mesmas gotículas NELF in vitro com purificado recombinante proteico“, diz Ritwick Sawarkar, principal autor do estudo.

Já se especula que a regulação negativa da transcrição induzida por estresse esteja associada a distúrbios neurológicos como Huntington. “Já geramos modelos de camundongos no instituto para estender nossas descobertas in vivo e a modelos de doenças relevantes“, disse Prashant Rawat. A possibilidade de explorar o papel dos condensados NELF em diferentes doenças parece ser um caminho estimulante para pesquisas futuras em laboratório.

[Ênfase adicionada]

Mais informações: Prashant Rawat et al. Stress-induced nuclear condensation of NELF drives transcriptional downregulation. Molecular Cell. February 05, 2021 DOI:doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.016

Diário informativo: Molecular Cell

Como o relógio circadiano regula os genes do fígado no tempo e no espaço

Pela Ecole Polytechnique Federale de Lausanne | MedicalXpress

Nada na biologia é estático. Os processos biológicos flutuam com o tempo e, se quisermos reunir uma imagem precisa das células, tecidos, órgãos etc., devemos levar em consideração seus padrões temporais. Na verdade, esse esforço deu origem a todo um campo de estudo conhecido como “cronobiologia“.

O fígado é um excelente exemplo. Tudo o que comemos ou bebemos é eventualmente processado lá para separar os nutrientes dos resíduos e regular o equilíbrio metabólico do corpo. Na verdade, o fígado como um todo é amplamente regulado pelo tempo, e esse padrão é orquestrado pelo chamado relógio circadiano, o metrônomo interno do nosso corpo, bem como por sinais bioquímicos e ritmos alimentares.

Mas o fígado está realmente dividido em pequenas unidades repetitivas chamadas lóbulos, nas quais zonas distintas desempenham funções diferentes. Essa intrincada organização espacial é conhecida como ‘zoneamento do fígado‘. Por exemplo, a quebra de açúcares durante a digestão ocorre preferencialmente em um lado do lóbulo, a chamada zona central, enquanto a produção de glicose enquanto descansamos de estoques como gordura, ocorre no outro lado do fígado, no lado do portal.

Até agora, o zoneamento do fígado foi estudado apenas estaticamente, observando o que cada zona faz independentemente do tempo e vice-versa. E dada a importância do fígado na fisiologia dos mamíferos, as duas abordagens de pesquisa devem unir esforços para entender como os programas temporais e espaciais do fígado interagem.

Em um estudo inédito, cientistas da EPFL e do Weizmann Institute of Science, liderados pelos professores Felix Naef da Escola de Ciências da Vida da EPFL e Shalev Itzkovitz do Weizmann, foram capazes de monitorar as mudanças espaciais da expressão gênica nos lóbulos do fígado em relação para o relógio circadiano. O estudo dessa ligação é o foco da pesquisa de Naef, que já havia descoberto conexões entre o relógio circadiano e as proteínas do fígado, nossos ciclos celulares e até mesmo a estrutura 3-D da cromatina, o DNA compactado no núcleo da célula.

Explorando a capacidade de analisar o tecido do fígado em cada célula individual, os pesquisadores estudaram aproximadamente 5.000 genes nas células do fígado em vários pontos de tempo ao longo do dia de 24 horas. Eles então classificaram estatisticamente os padrões de espaço-tempo que descobriram com um modelo que pode capturar variações espaciais e temporais nos níveis de RNA mensageiro (mRNA), um marcador de expressão gênica.

O estudo revelou que muitos dos genes do fígado parecem ser zoneados e rítmicos, o que significa que são regulados por sua localização no fígado e pela hora do dia. Esses genes duplamente regulados estão principalmente ligados a funções-chave do fígado, por exemplo, o metabolismo de lipídios, carboidratos e aminoácidos, mas também incluem alguns genes que nunca foram associados ao metabolismo, por exemplo, genes relacionados a proteínas chaperonas, que ajudam outras biomoléculas mudam sua estrutura 3-D ou mesmo se montam e desmontam.

“O trabalho revela uma riqueza da dinâmica da expressão gênica do espaço-tempo do fígado e mostra como a compartimentação da função hepática no espaço e no tempo é a marca registrada da atividade metabólica no fígado dos mamíferos“, disse Felix Naef.

O estudo foi publicado na Nature Metabolism.

[Ênfase adicionada]

Mais informações: Space-time logic of liver gene expression at sub-lobular scale, Nature Metabolism (2021). DOI: 10.1038/s42255-020-00323-1 , www.nature.com/articles/s42255-020-00323-1

Diário informativo: Nature Metabolism

O Vírus Projetado, “Stealth Bombardeiro”, Pode Ser Uma Nova Arma Contra O Câncer Metastático

Pela Emory University | Medical Xpress

Projetado para & quot; bombardeiro furtivo & quot; vírus pode ser nova arma contra câncer metastático — Adenovírus Ad5-3M projetado com destaque em mutações vermelhas que foram introduzidas para direcionar o vírus às células tumorais, reduzir a inflamação e evitar interações com fatores sanguíneos e células imunológicas após a administração sistêmica. Crédito: Dmitry Shayakhmetov

Muitos pesquisadores do câncer podem alegar ter criado “bombas inteligentes”. O que estava faltando é o bombardeiro stealth – um sistema de lançamento que pode escapar das defesas de radar do corpo.

Os vírus oncolíticos, ou vírus que matam preferencialmente as células cancerosas, têm sido discutidos e testados há décadas. Um vírus oncolítico contra o melanoma foi aprovado pelo FDA em 2015. Mas contra os cânceres metastáticos, eles sempre enfrentaram uma barreira avassaladora: o sistema imunológico humano, que captura rapidamente os vírus injetados no sangue e os envia para o fígado, o triturador de lixo do corpo.

Pesquisadores da Emory e da Case Western Reserve já contornaram essa barreira. Eles reprojetaram o adenovírus humano, para que o vírus não seja facilmente capturado por partes do sistema imunológico inato. Isso torna possível injetar o vírus no sangue, sem despertar uma reação inflamatória massiva.

Uma estrutura de microscopia crioeletrônica do vírus reprojetado e a capacidade do vírus de eliminar tumores disseminados em camundongos foram relatadas na Science Translational Medicine.

“O sistema imunológico inato é bastante eficiente para enviar vírus para o fígado quando eles são administrados por via intravenosa“, disse o autor principal Dmitry Shayakhmetov, Ph.D. “Por esse motivo, a maioria dos vírus oncolíticos é entregue diretamente no tumor, sem afetar as metástases. Em contraste, achamos que será possível entregar nosso vírus modificado sistemicamente em doses altas o suficiente para suprimir o crescimento do tumor – sem desencadear toxicidades sistêmicas potencialmente fatais“.

Os co-primeiros autores do artigo da Science Translational Medicine são a cientista associada da Emory Svetlana Atasheva, Ph.D. e Corey Emerson, estudante de graduação da Case Western Reserve. Shayakhmetov é professor de medicina e pediatria na Emory University School of Medicine e membro do Lowance Center for Human Imunology and Emory Vaccine Center.

Shayakhmetov trabalha há 15 anos com a bióloga estrutural Phoebe Stewart, Ph.D., professora do Departamento de Farmacologia e membro do Cleveland Center for Membrane and Structural Biology da Case Western Reserve University. Seu foco: reengenharia de adenovírus, um sistema de entrega que tem sido usado em dezenas de testes clínicos de câncer para estimular a resposta antitumoral do hospedeiro.

Os adenovírus também têm sido centrais nos estudos de terapia gênica. Shayakhmetov relembra a morte de Jesse Gelsinger em 1999, um voluntário em um ensaio clínico de terapia genética que morreu de tempestade de citocinas e falência de múltiplos órgãos relacionada a altas doses de um vetor de adenovírus distribuído na corrente sanguínea. Ele diz que esse evento o inspirou a reequipar o adenovírus, para que ele não desencadeasse uma forte reação inflamatória. Ele vê o adenovírus reprojetado como uma tecnologia de plataforma, que pode ser adaptada e customizada para muitos tipos de câncer e até mesmo para pacientes com câncer individuais como uma forma de terapia de câncer personalizada.

“Este é um novo caminho para o tratamento de cânceres metastáticos “, diz Shayakhmetov. “Você pode armá-lo com genes e proteínas que estimulam a imunidade ao câncer e pode montar o capsídeo, uma casca do vírus, como se estivesse colocando blocos de Lego.”

O vírus 'stealth bombardeiro' projetado pode ser uma nova arma contra o câncer metastático — Uma imagem microscópica de alta resolução que mostra a estrutura do capsídeo completo do Ad5-3M, o design do vírus oncolítico modificado. Crédito: S. Atasheva et al., Science Translational Medicine (2020)

Shayakhmetov começou a trabalhar na tecnologia de vírus modificada enquanto estava na Universidade de Washington e fundou uma empresa, a AdCure Bio, para trazer uma terapia que pode salvar vidas para pacientes com doença metastática.

Em 2012, os laboratórios de Shayakhmetov e Stewart publicaram uma análise crio-EM de como o adenovírus interage com um fator hospedeiro no sangue, o fator de coagulação X, na revista Science.

“Às vezes, mesmo pequenas mudanças nas proteínas estruturais podem ser catastróficas e impedir a formação do vírus infeccioso”, diz Stewart. “Neste caso, modificamos o adenovírus em três lugares para minimizar as interações do vírus com fatores específicos do sangue. Descobrimos que o vírus ainda se monta e permanece funcional para infectar e matar células tumorais.”

Ainda é possível que uma resposta imune adaptativa de construção mais lenta se desenvolva ao vírus modificado, semelhante à observada com uma vacina. Um painel de vírus pode ser usado para administração sequencial a pacientes com câncer para estender os benefícios terapêuticos, diz Shayakhmetov.

“Nosso estudo é o primeiro a mostrar que podemos modificar a ligação de IgM natural ao adenovírus. Introduzimos mutações que evitam a inativação do vírus na corrente sanguínea e sua captura nos macrófagos do fígado, o maior pool de células imunes em nosso corpo que capturam e destroem patógenos “, diz ele. “Até agora, a visão prevalecente tem sido que qualquer estrutura de repetição regular, como a casca do vírus, atrairia a ligação do anticorpo IgM natural de baixa afinidade, levando à sua inativação imediata e remoção do sangue“.

Os pesquisadores também substituíram parte do adenovírus que interage com as integrinas celulares humanas, substituindo uma sequência de outra proteína humana, a laminina-α1, que direciona o vírus às células tumorais. Emerson e Stewart obtiveram uma estrutura de microscopia crioeletrônica de alta resolução do vírus reprojetado (veja as figuras).

Quando injetadas em camundongos, altas doses de adenovírus padrão causaram danos ao fígado e morte em poucos dias, mas o vírus modificado não. O vírus modificado pode eliminar tumores disseminados de alguns, mas não de todos os camundongos enxertados com células de câncer de pulmão humano; uma resposta completa – falta de tumores detectáveis e prolongamento da sobrevivência – foi observada em cerca de trinta e cinco por cento dos animais. Os locais do tumor no pulmão foram convertidos em tecido cicatricial, descobriram os cientistas. Agora, o laboratório de Shayakhmetov está explorando abordagens para aumentar ainda mais a proporção de respondentes completos.

Na clínica, o câncer de pulmão metastático seria o tipo de câncer mais apropriado para testar um vírus oncolítico , diz Shayakhmetov. A tecnologia também pode ser aproveitada para aplicações de terapia genética.

[Ênfase adicionada]

_____________________________

Mais Informações:

stm.sciencemag.org/lookup/doi/… scitranslmed.abc6659

Diário informativo: Ciência, Medicina Translacional

Fornecido pela Emory University

Pesquisadores Descobrem A Chave Para Perfurar Armadura De Bactérias Nocivas

Por Caitlin Sedwick, Universidade de Princeton | Phys Org

Em bactérias Gram-negativas, LPS e fosfolipídios são fabricados na membrana bacteriana interna e devem ser entregues através da parede celular para a membrana externa. A fabricação e o fornecimento de LPS para a membrana bacteriana externa são cuidadosamente balanceados em relação aos níveis de fosfolipídios porque os desequilíbrios podem ser letais para a célula. Crédito: Princeton University

As bactérias são organismos unicelulares essenciais à saúde humana, tanto em nosso meio ambiente quanto dentro de nossos próprios corpos. No entanto, certas espécies bacterianas podem nos deixar doentes.

Quando médicos suspeitam de uma doença de origem bacteriana, eles realizam testes de diagnóstico para identificar quais espécies de bactérias estão causando a doença, para que um curso de tratamento possa ser planejado. Um desses testes é chamado de coloração de Gram, em homenagem a Hans Christian Gram, que desenvolveu a técnica na década de 1880.

Gram descobriu que certas espécies bacterianas, as chamadas bactérias “Gram-negativas”, eliminava um corante roxo que ele estava usando para ajudar a visualizar os micróbios em seu microscópio. Os cientistas finalmente descobriram que as bactérias Gram-negativas resistem à absorção de corante porque estão envolvidas no que é, essencialmente, uma armadura microbiana: sua membrana celular vulnerável é protegida por uma camada de açúcares fortemente empacotados chamada parede celular, e além disso, uma membrana externa especializada.

“Entender como as bactérias constroem essa barreira é um passo importante nas estratégias de engenharia para contorná-la“, disse Thomas Silhavy, professor de Biologia Molecular da Warner-Lambert Parke-Davis e autor sênior de dois novos artigos que investigam a membrana externa, um no periódico Proceedings of National Academy of Sciences e outro no periódico Trends in Microbiology.

Um dos principais componentes da membrana externa é uma molécula única chamada lipopolissacarídeo (LPS), que cobre a superfície da célula. “O LPS ajuda a aumentar a resistência mecânica do envelope de células Gram-negativas e também forma um revestimento de superfície que impede que moléculas tóxicas, incluindo certos antibióticos, entrem na célula“, disse Randi Guest, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório Silhavy, palestrante em biologia molecular e principal autor do artigo Trends.

O LPS é uma toxina notoriamente potente que pode causar doenças graves quando é liberado da membrana bacteriana externa ou secretado pela célula.

“A quantidade de LPS produzida pela célula é cuidadosamente controlada, pois muito pouco LPS pode levar à ruptura da célula, enquanto muito LPS, especialmente se não for devidamente montado, é tóxico“, disse Guest. “Nós revisamos estudos de três proteínas essenciais da membrana que monitoram não apenas a biossíntese de LPS dentro da célula, mas também o transporte e montagem adequada na superfície da célula.”

Como Guest e seus colegas discutem em seu artigo, a construção da membrana bacteriana externa representa um problema complexo para as bactérias porque o LPS potencialmente perigoso, feito dentro da célula, deve ser transportado através da parede celular para alcançar a membrana externa. Além disso, esses processos devem ser contrabalançados com a fabricação e o transporte dos outros componentes da membrana, que nas bactérias Gram-negativas é composta principalmente por uma classe de moléculas denominadas fosfolipídios.

“Um antigo mistério no campo é como os fosfolipídios são transportados para a membrana externa“, disse Silhavy. Uma ideia é que os fosfolipídios podem fluir passivamente para frente e para trás entre a membrana celular interna da bactéria e sua membrana externa nas zonas de contato, mas essa ideia é altamente controversa.

Uma nova pesquisa do grupo de Silhavy fornece suporte para a ideia de que existe um modo de transporte passivo.

Jackie Grimm, então um estudante graduado no laboratório de Silhavy, junto com Handuo Shi, um estudante graduado no laboratório de KC Huang em Stanford, liderou um esforço para identificar proteínas envolvidas no tráfego de fosfolipídios entre as membranas interna e externa. Para seus estudos, os colegas usaram bactérias com uma mutação que aumenta a taxa de fluxo de fosfolipídios da membrana interna para a externa. Quando são privadas de nutrientes, essas bactérias sofrem encolhimento e ruptura da membrana interna, seguido de morte celular, porque são incapazes de fazer novos fosfolipídios para a membrana interna para repor os perdidos na membrana externa. Os autores introduziram mutações adicionais nessas bactérias e, em seguida, procuraram genes que, quando mutados, afetam a rapidez com que as bactérias morrem após a retirada de nutrientes.

“Usamos o sequenciamento de última geração para rastrear genes envolvidos neste processo e descobrimos que a interrupção do gene yhdP retardou o transporte de fosfolipídios“, disse Silhavy.

Embora seus dados indiquem que a proteína codificada por yhdP está envolvida no transporte de fosfolipídios entre a membrana celular interna e a membrana externa, Grimm, Shi e seus colegas observaram que ainda não está claro como a proteína YhdP funciona para afetar esse processo. Uma pista potencial pode ser encontrada em sua similaridade prevista com outras proteínas cuja função já é conhecida. Uma delas é uma proteína de mamífero que forma um canal que transporta fosfolipídios através das membranas.

“Isso sugere que o YhdP pode formar um canal hidrofóbico entre a membrana interna e externa através da qual fluem os fosfolipídios“, observou Silhavy.

“Silhavy e colegas fornecem os dados mais sólidos até o momento para identificar como os fosfolipídios são transportados entre as membranas nas bactérias, uma questão indescritível por décadas em nosso campo“, disse M. Stephen Trent, Distinto Professor de Doenças Infecciosas da Universidade da Geórgia, que foi não envolvido no trabalho.

“Eles apresentam um forte argumento com a genética e a biofísica de que uma proteína de função desconhecida, YhdP, afeta um processo de transporte rápido de fosfolipídios entre as membranas. Será realmente interessante estudar o papel do YhdP no transporte de fosfolipídios no futuro.”

[Ênfase adicionada]

_______________

Mais informações: Jacqueline Grimm et al, The inner membrane protein YhdP modulates the rate of anterograde phospholipid flow in Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2015556117
Diário informativo: Proceedings of the National Academy of Sciences

Estruturas Não Evoluem Antes De Serem Necessárias

By Cornelius Hunter | DarwinsPredictions

Uma premissa fundamental da teoria da evolução é que a evolução não tem previsão. É um processo cego que responde às necessidades atuais, não futuras. Isso significa que as estruturas biológicas não evoluem antes de serem necessárias. Mas muitos exemplos disso foram descobertos nos últimos anos. Por exemplo, nos estágios embrionários de uma ampla variedade de organismos, o desenvolvimento do sistema de visão é orquestrado por genes de controle semelhantes, conhecidos como fatores de transcrição. Como um artigo explicou, “Todos os olhos, invertebrados e vertebrados, se desenvolvem por meio de uma cascata de fatores de transcrição semelhantes, apesar das vastas distâncias filogenéticas.“ (Wake, Wake and Specht)

Como esses fatores de transcrição são tão prevalentes na árvore evolutiva, eles devem ter evoluído nos estágios iniciais da evolução, em um ancestral comum inicial. Mas isso foi antes de qualquer sistema de visão ter evoluído. O sistema de visão é apenas um dos vários exemplos que mostram que os componentes genéticos de muitas das atuais vias de desenvolvimento embrionário devem estar presentes muito antes de tais vias existirem. Os evolucionistas agora se referem ao aparecimento desses componentes genéticos, antes de serem usados como tais, como pré – adaptação :

Comparações de genomas mostram que os primeiros clados contêm cada vez mais genes que medeiam o desenvolvimento de características complexas vistas apenas em ramos metazoários posteriores… A existência de elementos principais do kit de ferramentas de desenvolvimento bilateral nesses organismos mais simples implica que esses componentes evoluíram para outras funções além da produção de morfologia complexa, pré-adaptando o genoma para a diferenciação morfológica que ocorreu proeminente na filogenia dos metazoários. (Marshall e Valentine)

Essa pré-adaptação vai além do desenvolvimento embrionário. Por exemplo, vários componentes-chave do cérebro humano são encontrados em organismos unicelulares chamados coanoflagelados. Portanto, esses componentes-chave devem ter evoluído em organismos unicelulares, muito antes dos animais, cérebros e células nervosas existirem. Como explicou um evolucionista: “Os coanoflagelados têm muitos precursores para coisas que pensávamos estar presentes apenas em animais”. (Marshall)
Outro exemplo são as máquinas moleculares para o transporte de proteínas através da membrana interna da mitocôndria, que deve ter evoluído muito antes das mitocôndrias existirem. (Clements et. Al.)

Como explicou um evolucionista: “Você olha para as máquinas celulares e diz: por que diabos a biologia faria algo assim? É muito bizarro. Mas quando você pensa sobre isso de uma forma evolucionária neutra, em que essas máquinas surgem antes que haja uma necessidade delas, então faz sentido”. (Keim)

Referências

▫ Clements, A., D. Bursac, X. Gatsos, et. al. 2009. “The reducible complexity of a mitochondrial molecular machine.” Proceedings of the National Academy of Sciences 106:15791-15795.

▫ Keim, Brandon. 2009. “More ‘Evidence’ of Intelligent Design Shot Down by Science.” Wired Aug. 27. http://www.wired.com/wiredscience/2009/08/reduciblecomplexity/

▫ Marshall, Michael. 2011. “Your brain chemistry existed before animals did.” NewScientist September 1.

▫ Marshall C., J. Valentine. 2010. “The importance of preadapted genomes in the origin of the animal bodyplans and the Cambrian explosion.” Evolution 64:1189-1201.

▫ Wake D., M. Wake, C. Specht. 2011. “Homoplasy: from detecting pattern to determining process and mechanism of evolution.” Science 331:1032-1035.

Evolução Dos Humanos? Armado Com As Evidências, A História Se Desfaz

Eric H. Anderson | Evolution News

13 de outubro de 2020,

Nota do editor: Eric Anderson é advogado, executivo de uma empresa de software e co-autor do livro recém-lançado, Evolution and Intelligent Design in a Nutshell.

Na semana passada, os leitores de ciência acordaram com manchetes sem fôlego sobre nossa própria evolução contínua. A evidência? Uma artéria extra no antebraço de alguns adultos. Desta vez não era sobre algum pássaro obscuro em uma ilha remota. Agora éramos nós – uma prova de que os humanos ainda estão evoluindo! Dado esse fator de interesse pessoal, a história se espalhou rapidamente. “A evolução nos arma com uma artéria extra”, como Cosmos brincou. Uma manchete do Science Alert foi mais direta, tanto sobre a observação quanto sobre as implicações: “ Mais humanos estão desenvolvendo uma artéria extra em nossos braços, mostrando que ainda estamos evoluindo”.

Reportando no Journal of Anatomy, cientistas na Austrália descobriram que mais adultos agora possuem uma “artéria mediana do antebraço”, em contraste com estudos nos últimos dois séculos.

Especificamente, com base em uma amostra de “78 membros superiores dissecados em duas universidades australianas diferentes”, os pesquisadores analisaram se uma artéria mediana no antebraço estava presente. Eles então compararam esse número com os de estudos anteriores e concluíram que “a prevalência das artérias medianas dos antebraços” desde 1846 aumentou de aproximadamente 10 por cento para mais de 30 por cento. Os autores calculam que, se a tendência continuar, quase todas as pessoas nascidas após 2100 terão uma artéria mediana.

Uma causa legítima de preocupação

A prevalência dessa artéria adicional pode ser significativa para a medicina moderna, porque às vezes a “artéria mediana, quando presente, passa pelo túnel do carpo, podendo comprimir o nervo mediano, causando a síndrome do túnel do carpo”. Dado que milhões de nós lutamos com a síndrome do túnel do carpo em nosso mundo infestado de dispositivos, este é um motivo potencialmente legítimo de preocupação.

Deixando de lado por um momento o pequeno tamanho da amostra (como os autores reconhecem), vamos supor que os números relatados neste estudo e em estudos anteriores de meados do século XIX refletem uma tendência genuína na prevalência da artéria mediana do antebraço. Vamos supor ainda que as projeções dos pesquisadores para o aumento futuro dessa prevalência estejam corretas e que todos os nascidos após 2100 carreguem uma artéria mediana. O que isso demonstra sobre a evolução?

Afinal, não é suficiente simplesmente observar uma mudança biológica e então declarar que, portanto, os humanos estão “evoluindo”.

Devemos olhar para a causa subjacente para entender o que realmente está acontecendo.

Regulando o Desenvolvimento Embrionário

Os autores do estudo reconhecem que a causa dessa mudança é desconhecida, mas sugerem que seja provavelmente o resultado de uma mutação em uma estrutura regulatória.

Especificamente, a artéria mediana é “uma estrutura embrionária, que normalmente regride por volta da 8ª semana de gestação”. A artéria mediana é, portanto, um aspecto perfeitamente normal da anatomia humana, presente durante o desenvolvimento embrionário inicial e, em seguida, geralmente desbotando ou desaparecendo totalmente à medida que as artérias radial e ulnar em cada lado do antebraço se desenvolvem e assumem a função.

Se pararmos aqui e considerarmos os fatos, já podemos ver os contornos claros de uma resposta racional baseada em fatos para o que está em questão. A artéria mediana é uma parte normal (presumivelmente essencial) do desenvolvimento embrionário inicial. Depois que a artéria faz seu trabalho, o embrião em desenvolvimento fecha a artéria mediana enquanto desenvolve as artérias radial e ulnar. Isso fala claramente sobre regulação e controle. Os tipos de coisas que são consistentes com um processo planejado e proposital.

Na verdade, os autores reconhecem que um sistema regulado está em funcionamento: “O mecanismo de regressão da artéria mediana é iniciado e regulado por genes específicos.

A persistência da artéria mediana na idade adulta indica falha na expressão desses genes” (grifo nosso). Os pesquisadores continuam sugerindo que essa falha no processo de regressão “pode ter resultado da alteração ou dano aos genes por mutações”, ou talvez um fator ambiental, como uma infecção da mãe, pudesse ter interrompido o processo de regressão.

Em ambos os casos, o que temos é um processo cuidadosamente controlado em direção a um resultado específico que foi interrompido. Infelizmente, os autores não seguem essa linha clara de pensamento, mas, em vez disso, voltam imediatamente ao paradigma evolucionário dentro do qual eles acham que as evidências precisam se encaixar, argumentando que o aumento da prevalência da artéria mediana “nos últimos 125 anos significa um verdadeiro processo evolutivo de mudança nos pools de genes ” e “ a prevalência de artérias medianas persistentes em antebraços adultos de pessoas em muitos países pode ser uma tendência associada ao processo evolutivo”.

As referências à evolução estão espalhadas por todo o artigo. No entanto, apesar da clara implicação de que a falha da regressão da artéria mediana é devido a um obstáculo em um processo de controle sofisticado, pouca atenção adicional é dada a esse fato. Os autores não mencionam “regulação” novamente e não há discussão sobre controles ou esboços de pesquisas adicionais que poderiam ser realizadas ao longo dessas linhas. Em vez disso, as observações são enfiadas em uma caixa mental do pensamento darwiniano, com apelos vagos à “pressão de seleção” como a causa da mudança observada. Parece haver uma cegueira coletiva para as evidências bem debaixo de nossos narizes.

Dois pontos finais de nota particular.

Darwin Devolves – novamente

Primeiro, nenhuma nova estrutura biológica foi observada e não há evidências de que a evolução produziu qualquer nova característica biológica.

Pelo contrário. Uma estrutura funcional, necessária para o desenvolvimento embrionário inicial, não foi removida quando normalmente seria eliminada no processo de desenvolvimento. Se isso conta como “evolução”, como dizem os autores e proclamam as manchetes, então certamente não é a evolução como Darwin a imaginou. A evolução precisa explicar (e Darwin pensou que estava explicando) a origem de novas características biológicas e, eventualmente, formas biológicas completamente novas.

Observar que uma estrutura pré-existente permanece em cena depois que deveria sair do palco à esquerda não nos diz nada sobre a origem da estrutura.

Em vez disso, o que parece que estamos observando no caso da artéria mediana humana é um colapso de um sistema pré-existente e uma falha de um processo regulatório em prosseguir ao longo de suas linhas pré-programadas. Apesar da narrativa evolutiva, o colapso dos sistemas existentes e o rompimento da programação genética é exatamente o que podemos esperar das mutações.

Se for descoberto que a persistência da artéria mediana na idade adulta é realmente o resultado de mutações, então o que teremos é mais um exemplo de genes quebrados e um processo quebrado – outro exemplo de mutações como perda de função, assim como Michael Behe argumentou em Darwin Devolves. Essas mudanças de-evolucionárias podem ser interessantes, mas não são um conforto para a história evolutiva. Na verdade, eles são precisamente o oposto do que a teoria da evolução tem a explicar.

Seleção natural para o resgate?

Em segundo lugar, apesar das sugestões dos pesquisadores em contrário, a persistência da artéria mediana dificilmente pode ser vista como um exemplo de seleção natural agindo em variações. Se for, então parece estar exatamente ao contrário do que afirma a teoria. Como já mencionado, potenciais implicações negativas para a síndrome do túnel do carpo estão disponíveis. Além disso, os autores observam as desvantagens da artéria persistente em termos de potencial “trombose, aneurisma, calcificação ou ruptura traumática” e reconhecem que “uma artéria mediana é geralmente considerada uma desvantagem quando surgem complicações devido à sua presença”. Por que então a seleção natural selecionaria agressivamente a artéria mediana no decorrer de apenas algumas gerações? O melhor que os autores podem oferecer para uma vantagem de seleção é que “em casos raros”, a artéria mediana poderia atuar como um “vaso de emergência” de reserva se ocorrer dano às artérias radial ou ulnar.

Em suma, as evidências citadas pelos próprios autores apontam para uma desvantagem abrangente na persistência da artéria mediana, sugerindo (pode-se concluir razoavelmente) que havia um propósito em primeiro lugar para a regressão da artéria após ela ter feito seu trabalho no início do desenvolvimento embrionário.

A fim de calçar a persistência da artéria mediana na narrativa evolutiva, os autores podem apresentar pouco mais do que uma possível vantagem contingente que pode ocorrer em “casos raros” como um backup de emergência (precisamente o tipo de coisa, a propósito, que a seleção natural seria cega em tudo, exceto nas circunstâncias mais incomuns).

Sucumbindo ao canto da sereia da evolução e ignorando o peso das próprias evidências que eles apresentaram, a explicação evolucionária dos autores consiste em pouco mais do que uma vaga referência à “pressão de seleção”, juntamente com uma curiosa cegueira para a observação baseada em fatos que eles fizeram anteriormente sobre a ruptura de uma estrutura regulatória pré-existente. Este grito simplista para Darwin não é algo que possa ser levado a sério como uma explicação científica. Em vez disso, isso dificulta nossa compreensão.

Um melhor entendimento

Ao que tudo indica, os pesquisadores fizeram um excelente trabalho e apresentaram boas informações.

Não denigro de forma alguma seus esforços de pesquisa. Na verdade, há uma série de questões valiosas relacionadas ao design que fluem naturalmente dessa pesquisa. Qual é o propósito biológico inicial da artéria mediana? Por que o embrião é pré-programado para eliminar a artéria mediana e que restrições de projeto e engenharia exigem essa regressão? Como a regressão é controlada e iniciada? Se a persistência da artéria mediana for devido a uma falha em uma chave reguladora, há maneiras de reativar a chave?

No entanto, com a evolução como guia, há pouco significado.

Este não é claramente um exemplo de evolução produzindo uma nova estrutura biológica ou uma nova característica anatômica – precisamente os tipos de coisas que a evolução deve ser capaz de explicar. Na verdade, este é um exemplo de devolução. Tampouco está claro, apesar dos apelos dos autores a uma “pressão de seleção”, que essa mudança na população humana tenha algo a ver com a seleção natural – a explicação normal para esses tipos de observações. Esta parece ser uma mudança não benéfica, com a seleção natural falhando em prevenir a persistência negativa da artéria, e certamente não sendo responsável pela produção da artéria em primeiro lugar.

Tanto para a seleção natural “escrutinar diariamente e de hora em hora, em todo o mundo, cada variação, mesmo a mais leve; rejeitando o que é ruim, preservando e somando tudo o que é bom ”, como Darwin escreveu em Origem das Espécies.

De uma perspectiva evolucionária, a seleção natural parece ter sido pega dormindo no trabalho.

Neurocientistas descobrem um mecanismo molecular que permite a formação de memórias

pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts | Medical Express

Um novo estudo do MIT revela que a codificação de memórias em células engramadas é controlada pela remodelação em larga escala das proteínas e do DNA que compõem a cromatina das células. Nesta imagem do cérebro, o hipocampo é a grande estrutura amarela próxima ao topo. Verde indica neurônios que foram ativados na formação da memória; o vermelho mostra os neurônios que foram ativados na recuperação da memória; o azul mostra o DNA das células; e o amarelo mostra os neurônios que foram ativados tanto na formação da memória quanto na evocação e, portanto, são considerados neurônios engramas. Crédito: MIT

Quando o cérebro forma uma memória de uma nova experiência, os neurônios chamados células engramas codificam os detalhes da memória e são reativados posteriormente sempre que a recordamos. Um novo estudo do MIT revela que esse processo é controlado pela remodelação em larga escala da cromatina das células.

Essa remodelação, que permite que genes específicos envolvidos no armazenamento de memórias se tornem mais ativos, ocorre em vários estágios espalhados por vários dias.

Mudanças na densidade e no arranjo da cromatina, uma estrutura altamente comprimida que consiste em DNA e proteínas chamadas histonas, podem controlar o quão ativos genes específicos estão dentro de uma determinada célula.

“Este artigo é o primeiro a realmente revelar esse processo muito misterioso de como diferentes ondas de genes são ativadas e qual é o mecanismo epigenético subjacente a essas diferentes ondas de expressão gênica“, disse Li-Huei Tsai, diretor do Instituto Picower do MIT para Aprendizagem e memória e o autor sênior do estudo.

Asaf Marco, um pós-doutorado do MIT, é o autor principal do artigo, que despontou hoje na Nature Neuroscience.

Controle epigenômico

As células engrama são encontradas no hipocampo, bem como em outras partes do cérebro. Muitos estudos recentes mostraram que essas células formam redes que estão associadas a memórias específicas, e essas redes são ativadas quando essa memória é recuperada. No entanto, os mecanismos moleculares subjacentes à codificação e recuperação dessas memórias não são bem compreendidos.

Os neurocientistas sabem que, no primeiro estágio da formação da memória, os genes conhecidos como genes iniciais imediatos são ativados nas células engramadas, mas esses genes logo retornam aos níveis de atividade normais. A equipe do MIT queria explorar o que acontece mais tarde no processo para coordenar o armazenamento de memórias de longo prazo.

“A formação e preservação da memória é um evento muito delicado e coordenado que se espalha por horas e dias, e pode durar até meses – não temos certeza”, diz Marco. “Durante esse processo, existem algumas ondas de expressão gênica e síntese de proteínas que tornam as conexões entre os neurônios mais fortes e mais rápidas.“

Tsai e Marco levantaram a hipótese de que essas ondas poderiam ser controladas por modificações epigenômicas, que são alterações químicas da cromatina que controlam se um determinado gene está acessível ou não. Estudos anteriores do laboratório de Tsai mostraram que, quando as enzimas que tornam a cromatina inacessível estão muito ativas, podem interferir na capacidade de formar novas memórias.

Para estudar as mudanças epigenômicas que ocorrem em células de engramas individuais ao longo do tempo, os pesquisadores usaram camundongos geneticamente modificados nos quais podem marcar células de engramas permanentemente no hipocampo com uma proteína fluorescente quando uma memória é formada. Esses ratos receberam um leve choque nas patas, que aprenderam a associar à gaiola em que receberam o choque.

Quando essa memória se forma, as células do hipocampo que codificam a memória começam a produzir um marcador de proteína fluorescente amarelo.

“Então, podemos rastrear esses neurônios para sempre e podemos separá-los e perguntar o que acontece com eles uma hora após o choque no pé, o que acontece cinco dias depois e o que acontece quando esses neurônios são reativados durante a recuperação da memória“, diz Marco.

Logo no primeiro estágio, logo após a formação da memória, os pesquisadores descobriram que muitas regiões do DNA sofrem modificações na cromatina.

Nessas regiões, a cromatina se torna mais frouxa, permitindo que o DNA se torne mais acessível. Para surpresa dos pesquisadores, quase todas essas regiões estavam em trechos de DNA onde nenhum gene foi encontrado. Essas regiões contêm sequências não codificantes chamadas intensificadores, que interagem com os genes para ajudar a ativá-los. Os pesquisadores também descobriram que, neste estágio inicial, as modificações da cromatina não tiveram nenhum efeito na expressão do gene.

Os pesquisadores então analisaram células engrama cinco dias após a formação da memória. Eles descobriram que à medida que as memórias foram consolidadas, ou fortalecidas, ao longo desses cinco dias, a estrutura 3-D da cromatina em torno dos realçadores mudou, trazendo os realçadores para mais perto de seus genes-alvo. Isso ainda não ativa esses genes, mas os prepara para serem expressos quando a memória é recuperada.

Em seguida, os pesquisadores colocaram alguns dos ratos de volta na câmara onde receberam o choque nas patas, reativando a memória de medo. Em células engramadas desses camundongos, os pesquisadores descobriram que os estimuladores preparados interagiam frequentemente com seus genes-alvo, levando a um aumento na expressão desses genes.

Muitos dos genes ativados durante a recuperação da memória estão envolvidos na promoção da síntese de proteínas nas sinapses, ajudando os neurônios a fortalecer suas conexões com outros neurônios. Os pesquisadores também descobriram que os dendritos dos neurônios – extensões ramificadas que recebem informações de outros neurônios – desenvolveram mais espinhas, oferecendo mais evidências de que suas conexões foram fortalecidas.

Preparado para expressão

O estudo é o primeiro a mostrar que a formação da memória é impulsionada por intensificadores epigenomicamente primários para estimular a expressão do gene quando uma memória é relembrada, diz Marco.

“Este é o primeiro trabalho que mostra no nível molecular como o epigenoma pode ser preparado para ganhar acessibilidade. Primeiro, você torna os intensificadores mais acessíveis, mas a acessibilidade por si só não é suficiente. Você precisa dessas regiões para interagir fisicamente com o genes, que é a segunda fase ”, afirma. “Agora estamos percebendo que a arquitetura do genoma 3-D desempenha um papel muito significativo na orquestração da expressão do gene.“

Os pesquisadores não exploraram quanto tempo essas modificações epigenômicas duram, mas Marco diz que acredita que elas podem permanecer por semanas ou até meses. Ele agora espera estudar como a cromatina das células do engrama é afetada pela doença de Alzheimer. Trabalhos anteriores do laboratório de Tsai mostraram que o tratamento de um modelo de rato com Alzheimer com um inibidor de HDAC, uma droga que ajuda a reabrir a cromatina inacessível , pode ajudar a restaurar as memórias perdidas.

[**Obs: ênfase adicionada]

Mais informações: Mapping the epigenomic and transcriptomic interplay during memory formation and recall in the hippocampal engram ensemble, Nature Neuroscience(2020). DOI: 10.1038/s41593-020-00717-0 , www.nature.com/articles/s41593-020-00717-0

Jornal referência: Nature Neuroscience

Diário médico: a maravilha das instruções genéticas do seu corpo

Geoffrey Simmons | Evolution News

Nota do editor: Dr. Simmons é médico e o autor mais recentemente de Are We Here to Re-Create Ourselves? Ele é membro do Discovery Institute’s Center for Science & Culture.

Como médico e estudante de biologia ao longo da vida, sempre fiquei impressionado com a forma como as 75 trilhões de células que constituem o corpo humano adulto são capazes de seguir e transmitir milhões de instruções genéticas. Esses “manuais” de como fazer, quando fazer, para onde e combinar com, nossos genes, são escritos em código de DNA.

Observe que um gene não é configurado para apenas uma característica. Os genes estão alinhados em uma ordem muito especial dentro dos 23 cromossomos pareados e torcidos encontrados no núcleo de cada célula.

A maioria das células e todos os núcleos são pequenos demais para serem vistos a olho nu, mas contêm mais informações do que a maior biblioteca metropolitana do mundo. Possivelmente, mais do que todas as bibliotecas combinadas. Uma célula também pode se reproduzir inteiramente em questão de horas e, com o tempo, o faz continuamente.

Durante a reprodução, cada gene é como um grosso manual cortado verticalmente ao meio. Apenas a metade é dada a um óvulo (óvulo) e um espermatozóide. Uma nova criança precisa das duas metades. Quando eles se combinam no momento da fertilização, todas as várias meias-instruções tornam-se genes completos (manuais) novamente.

Nova York e Londres

Imagine a grande Biblioteca Pública de Nova York cortando cada manual pela metade ao dia, às vezes com mais frequência, e enviando a cada mês metades inteiras para uma biblioteca comparável em Londres que faz seu próprio corte uma vez por mês. Todos os assuntos combinam, livros de mecânica com livros de mecânica, livros de medicina com livros de medicina e política com política. Alguns são idênticos, muitos não são.

Uma vez conectados, eles se tornam uma nova biblioteca funcional com informações e instruções que estão constantemente voando para fora de cada janela, porta e computador. Centenas de milhares de mecanismos de pesquisa funcionam simultaneamente. A jusante, a favor do vento e em baixo, todos os processos da vida são realizados.

A placa em frente a este novo “edifício” pode dizer BIBLIOTECA EXCLUSIVAMENTE HUMANA. Outros animais e plantas têm suas próprias bibliotecas exclusivas, alguns com mais genes/cromossomos (manuais), alguns com menos.

Alguns autores podem dizer que nosso projeto se assemelha ao de um chimpanzé, uma semelhança de 95 por cento, mas em uma inspeção mais detalhada, há centenas de milhares de diferenças. Observe que uma diferença de 5 por cento em três bilhões de pares de nucleotídeos significa muitos pares diferentes.

Além disso, descobrimos recentemente que 80% de nossas proteínas são diferentes das dos chimpanzés. (Fique ligado para saber mais sobre isso com Marcos Eberlin.) O motivo pode estar em mensagens diferentes.

Os mensageiros podem ser parecidos, mas as mensagens codificadas não.

Um quarto com vista

Pense na sala em que você está atualmente e, em seguida, observe um ponto final no final desta frase. Esse ponto é maior do que a maioria das células humanas. Agora, aumente esse ponto para o tamanho do seu quarto e coloque uma bola de basquete transparente ligeiramente murcha no chão. Agora você tem o tamanho equivalente ao núcleo dentro de um óvulo fertilizado. É aqui que reside a biblioteca de cada pessoa. Está repleto de genes (manuais), que na verdade são incontáveis. De certa forma, genes selecionados agem como cartas comerciais. Eles trocam um com outro ou trocam de lugar. Alguns saltam, como um inseto entre as folhas na grama. Embora um gene possa residir no cromossomo 3, ele pode funcionar com um gene nos cromossomos 18 e 22. As razões para esses comportamentos não foram encontradas, mas parece manipulação externa.

Os “manuais” genéticos cobrem praticamente tudo o que é necessário desde o primeiro dia. O processo não age como se a vida começasse mais tarde. As instruções do DNA no ovo fertilizado podem ditar como você será a cada segundo de cada idade, como será sua personalidade básica, exceto experiências trágicas, quais serão seus muitos gostos e desgostos (o que você gostaria de beber, que vegetal você vai odiar comer, como você gosta do seu bife cozido, quais características você quer em um cônjuge, etc.), como todos os seus órgãos vão parecer e funcionar e talvez se eles podem falhar algum dia, onde os bilhões de vasos sanguíneos e os tratos das células nervosas se conectarão, como seu corpo irá parar de sangrar e/ou consertar feridas, a cor da sua pele, a cor dos seus olhos. Tudo isso, e muito mais, pode ser encontrado naquele ponto “invisível” dentro de um ponto quase invisível dentro de uma alfinetada.

Além do Extraordinário

Acho tudo isso além de extraordinário. Manuais vivos e de trabalho em uma biblioteca viva e funcional não podem ser consequência de acidentes da natureza, tentativa e erro e seleção natural.

Conforme o óvulo fertilizado viaja em direção ao útero, ele começa a se dividir. Com cada divisão, ele passa os genes (manuais), originalmente metade da mãe e metade do pai, para todas as suas “células filhas”.

Uma célula torna-se prontamente duas células, duas tornam-se quatro, quatro tornam-se oito e assim por diante, chegando aos milhões e, mais tarde, aos trilhões quando adulto. Muitas células mudam sua aparência e/ou ativam novas funções e desligam outras. Por exemplo, uma célula ancestral comum da medula se divide em glóbulos pré-pré-vermelhos e pré-pré-brancos. Em seguida, vêm o pré-rbc e o pré-wbc e, finalmente, o real rbc e wbc. Mais tarde, o wbc muda para pelo menos cinco variedades. Esse tipo de progressão é verdadeiro para células pré-renais para renais, pré-ósseas para células ósseas e assim por diante nos diferentes sistemas. De alguma forma, as células mais novas selecionam quais direções precisam para fazer o trabalho e quais são desnecessárias.

Por exemplo, as células completas do hormônio tireoidiano não precisam saber como estimular as fibras musculares e as células nervosas completas não precisam saber como usar ou produzir o hormônio do crescimento. Como mudanças como essa aconteceram, ninguém sabe ao certo. Embora o processo de cópia tenha uma incrível taxa de precisão de 99,99%, equipes especiais estão prontas para fazer as correções em tempo real. Como tudo é cronometrado, todos os processos são, na verdade, quadridimensionais.

Uma linguagem biológica

Essas instruções vêm em uma linguagem biológica diferente de tudo que já foi falado. Não foi escrito a tinta ou digitado. Não pode ser lido com os olhos, sentido com a ponta dos dedos ou ouvido com os ouvidos. Esta é uma linguagem biológica que pode ser encontrada em todas as entidades vivas. Isso é complexo demais para ter acontecido por acaso. As explicações darwinianas não se aplicam. E de onde vem a centelha de vida? O que ou onde está a alma? Está tudo indeterminado.

Cada gene pode ter centenas de direções, como necessidades de construção, problemas de tempo (ON e OFF), especificações e e se.

Por exemplo, o gene para a cor dos olhos incluiria onde plantar cada íris (a parte colorida), como construí-la, quais são os materiais de construção, como misturar as diferentes manchas de cor e como interagir com cada pupila no olho. O mesmo para a cor do cabelo: onde colocar os milhares de cabelos em nosso corpo e possivelmente quando começar a perdê-los. O mesmo para todos os ossos; até mesmo aquele pequeno sulco entre o nariz e o lábio superior, chamado filtro.

Duvido que algum dia saberemos como todas as partes funcionam juntas. Certamente não é o que dá partida em nossos motores.

Só um designer poderia ter planejado tudo isso. O bom senso exige isso.

Os cientistas estão tentando decifrar a linguagem escondida em nossos corpos

By FETFX [Jan – 2018]

Sim, o DNA tem uma linguagem própria e os cientistas querem entendê-lo para aplicar soluções terapêuticas personalizadas com base na análise dos biomarcadores genômicos do indivíduo e sua regulação.

O DNA é como uma linguagem, com seu próprio alfabeto e gramática. E os cientistas do MRG-GRammar querem desvendar suas regras.

Sobre o que estamos conversando? Um grupo de pesquisadores sob a bandeira do projeto MRG-GRammar (Massive Reverse Genomics to Decipher Gene Regulatory Grammar), um projeto europeu financiado sob Future and Emerging Technologies in Horizon 2020, está empenhado em compreender a linguagem do DNA, combinando biologia sintética com tecnologias inovadoras de impressão de DNA e bioinformática. A compreensão dessa linguagem será útil para implementar um sistema de saúde adequado às necessidades de cada pessoa, para a detecção de diferentes tipos de câncer, como o melanoma, por exemplo, e de forma mais geral para encontrar a origem de muitas doenças.

Como para qualquer outra língua, a linguagem do DNA é composta por um alfabeto e uma gramática. Quatro letras (pares de bases) constituem o alfabeto genético: A, T, G, C; e um gene nada mais é do que uma palavra, que é uma sequência daquelas letras como TCGATTAGG…

Quando o Projeto Genoma Humano terminou em 2003, os cientistas determinaram a sequência de pareamento de bases de nucleotídeos no DNA do Homo sapiens. Deu-nos um livro para ler, mas embora possamos ler as letras e reconhecer muitas palavras de seu vocabulário, não conhecemos regras gramaticais suficientes para sermos capazes de compreender o significado de todo o livro.

Compreender a regulação do gene pode ter impactos em campos além da medicina, como a agricultura. Créditos: via flickr.com.

Para administrar essa complexidade, os pesquisadores do projeto MRG-GRammar estreitaram seus interesses, focando nas regras que regulam a expressão gênica, as proteínas finais feitas pelo DNA. Na verdade, a atividade regulatória do genoma, que determina como os genes são expressos, é essencial para entender que tipo de consequências uma mutação pode trazer nas regiões regulatórias do genoma, por exemplo, um câncer de melanoma. Além da saúde, essa compreensão da regulação do gene poderia ser usada para uma melhor produção de biocombustíveis, na agricultura e em outros campos industriais.

“Se pudéssemos entender o que está errado e por quê, por exemplo, com as células, capturando e depois mudando as regras que as instruem a reagir de uma determinada forma, este seria um incrível passo à frente para a medicina”, diz Sarah Goldberg, pesquisador do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa, um dos cientistas envolvidos no projeto.

Em particular, a estratégia seguida pelos membros do projeto consiste em gerar novos tipos de conjuntos de dados biológicos que exploram sistematicamente todas as combinações regulatórias possíveis, construindo uma base de conhecimento a partir da qual o algoritmo regulatório pode ser derivado. Partindo desse algoritmo, seria possível não apenas decifrar o código regulatório natural existente, mas também interpretar variações que levassem a uma compreensão profundamente mais profunda das origens de muitas doenças.

O progresso promissor foi documentado por uma publicação na Nature Communications.

A equipe MRG-Grammar também colaborou com a artista Anna Dumitriu no âmbito do FEAT, um projeto FET que explora a arte como um novo canal de comunicação científica. O resultado da colaboração é a obra de Dumitiu “Make Do and Mend”, que o artista realizou editando o genoma de uma bactéria E. coli com a revolucionária técnica CRISPR. O objetivo desse esforço é aumentar a conscientização sobre a resistência aos antibióticos desenvolvida por bactérias, um dos maiores desafios da medicina moderna.

O projeto MRG-GRammar de € 4M envolveu sete parceiros e é coordenado pelo Technion – Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa, Israel.

Imagem da capa: via pixabay.com

As células das plantas sobrevivem, mas param de se dividir em caso de dano ao DNA.

Por Science Daily

[Texto/título adaptados a partir do original – Imagem do Science Daily – esse artigo possui links que não estão presentes no artigo original]

Pesquisadores da NAIST mostram a via molecular pela qual as plantas interrompem a divisão celular após dano no DNA.

Manchas verdes indicam um fator de transcrição que se acumula e inibe a divisão celular após dano no DNA. Os pesquisadores encontraram um papel indispensável do fator de transcrição na contenção do crescimento das plantas sob condições estressantes.

O ciclo celular é o sistema ao qual uma célula cresce e se divide. É também a forma como uma célula passa seu DNA para sua progênie e é por isso que o ciclo celular para se o DNA for danificado, pois de outra forma corre o risco de passar esse dano às células filhas. Cientistas do Instituto Nara de Ciência e Tecnologia (NAIST em inglês) relataram um novo mecanismo molecular que explica como essa interrupção ocorre. O estudo, que pode ser lido na Nature Communications, mostra que a família de fatores de transcrição MYB3R evita a progressão para o estágio de divisão (fase M) do ciclo celular na Arabidopsis, uma pequena planta florida que é membro da família da mostarda. [Ênfase adicionada]

“A inibição da divisão celular em resposta ao dano do DNA permite que as células mantenham a integridade do genoma. A inibição é regulada por diferentes moléculas em animais e plantas“, explica o professor da NAIST, Masaaki Umeda, que estuda o papel das células estaminais no crescimento da planta.

O MYB3R pode ser dividido em grupos de ativadores de transcrição (Act-MYB) e repressores de transcrição (Rep-MYB). As plantas crescem através da ponta da raiz e o broto terminal, mas não com danos no DNA. No estudo, o professor Umeda e seus colegas descobriram que o término do crescimento foi acompanhado por uma acumulação de proteínas Rep-MYB nessas regiões e que, ausente dessa acumulação, as plantas mostraram sinais de crescimento de folhas e flores.

Para entender como essa acumulação ocorre em resposta ao dano do DNA, os cientistas consideraram o papel do CDK, ou cinases dependentes de ciclina. Os CDKs são cruciais para a regulação do ciclo celular. O dano no DNA suprime a atividade do CDK, o que evita a progressão para a fase M. O professor Umeda descobriu que a inibição de CDKs mesmo com a ausência de dano no DNA, poderia causar a acumulação de Rep-MYB3R observada com danos no DNA e bloquearia o ciclo celular antes da transição da fase M. “Descobrimos que a atividade de CDK é necessária para a degradação de Rep-MYB em condições normais. A degradação é suprimida devido ao dano no DNA“, disse ele.

O estudo descobriu ainda que as proteínas Rep-MYB acumuladas, miram os genes responsáveis pela transição da célula para a fase M. “O Rep-MYB tem uma série de genes G2 / M específicos como alvo. Descobrimos que eles paralisam o crescimento da planta visando apenas um conjunto específico desses genes“, observa o Prof. Umeda.

O por que apenas um conjunto específico e não todos os seus genes-alvo ainda não está claro, embora o Prof. Umeda sugere que essa descoberta poderia ser a prova de que um cofator que interage com o Rep-MYB, possa determinar a seletividade. O professor Umeda diz que o estudo fornece um novo paradigma de como a divisão celular da planta é interrompida após o dano do DNA, evitando assim que as células danificadas se acumulem em condições estressantes. “Sem danos no DNA, o CDK evita a ativação do Rep-MYB, o que permite que o ciclo celular progrida para a divisão celular. O dano do DNA inibe a atividade CDK, liberando Rep-MYB e parando a divisão celular“, diz ele.

Journal Reference:

Poyu Chen, Hirotomo Takatsuka, Naoki Takahashi, Rie Kurata, Yoichiro Fukao, Kosuke Kobayashi, Masaki Ito, Masaaki Umeda. Arabidopsis R1R2R3-Myb proteins are essential for inhibiting cell division in response to DNA damage. Nature Communications, 2017; 8 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-00676-4

	Estudo Sugere Que a… em A Origem dos Novos Genes
	jdorgival em Como Deus criou tudo antes do…
	jdorgival em TECNOLOGIA? EI, INSETOS INVENT…
	O Flagelo Bacteriano… em Como Os Engenheiros Ajudaram A…
	alvaro1904@hotmail.c… em Darwin: a vida de um ex-m…
	Carol em Variação no DNA ‘lixo…
	in áo thun em From Jerry Coyne, “Evolu…
	beginner life coachi… em From Jerry Coyne, “Evolu…
	Arkenaten em Como derrotar o ateu moderno c…
	Fábio Rodrigues da S… em Havia Morte Antes de Adão…
	italotoffolo em Design Inteligente, um argumen…
	Gisele Ladeira em Respostas as objeções comuns…

21.Novembro.2023

O verme Caenorhabditis elegans tem 302 neurônios (verdes) que os pesquisadores podem estudar usando ferramentas como marcadores fluorescentes.Crédito: Heiti Paves/Science Photo Library

Os pesquisadores usaram a optogenética para estimular cada um dos neurônios de C. elegans (mostrados aqui na mira) e depois observaram como o sinal elétrico se propaga para outras células nervosas (cintilação vermelha). Crédito: Francesco Randi, Universidade de Princeton

[Ênfase adicionada]

16.Novembro.2023

[Ênfase adicionada]

30 de maio de 2023, 16h43

▪️ O Espaço da Forma é o Espaço da Função

▪️ Visualizando Alterações Funcionais Durante a Mitose

▪️ Anedota

▪️ Hype Autocatalítica

▪️ Onde está a Ribose?

▪️ Aumentando o Calor

▪️ Protocélulas Oleosas

5 de janeiro de 2023, 6h43

▪️ Evolução como padrão

▪️ Dúvidas Sobre Darwin

▪️ Círculo completo

Notas

Peixes celacantos e outros animais. Crédito: Woranop Sukparangsi

16 | Fev | 22

Uma típica teia de aranha de jardim

Alçapões, coleiras e tubos

Em busca de explicações evolutivas

Notas

O gene da girafa

Pleiotropia da sorte

O mau hábito “evolucionário”

16 de fevereiro de 2021

Vindicado novamente

Uma base teórica para Behe

Uma questão importante

Modelo para a regulação da condensação NELF sob estresse, como choque térmico. Crédito: MPI of Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Crédito CC0: domínio público

Adenovírus Ad5-3M projetado com destaque em mutações vermelhas que foram introduzidas para direcionar o vírus às células tumorais, reduzir a inflamação e evitar interações com fatores sanguíneos e células imunológicas após a administração sistêmica. Crédito: Dmitry Shayakhmetov

Uma imagem microscópica de alta resolução que mostra a estrutura do capsídeo completo do Ad5-3M, o design do vírus oncolítico modificado. Crédito: S. Atasheva et al., Science Translational Medicine (2020)

Uma causa legítima de preocupação

Regulando o Desenvolvimento Embrionário

Darwin Devolves – novamente

Seleção natural para o resgate?

Um melhor entendimento

Nova York e Londres

Um quarto com vista

Além do Extraordinário

Uma linguagem biológica

Compreender a regulação do gene pode ter impactos em campos além da medicina, como a agricultura. Créditos: via flickr.com.

Imagem da capa: via pixabay.com

[Texto/título adaptados a partir do original – Imagem do Science Daily – esse artigo possui links que não estão presentes no artigo original]