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Genética, regeneração e salamandras

Regeneram-se com muita facilidade. Para saber como o fazem, os cientistas descodificaram todo o genoma de uma salamandra e uma planária. Este trabalho é já considerado um marco na investigação da regeneração.

Há uma espécie de salamandra que, se perder os membros do corpo, os consegue regenerar. Chama-se axolote e faz este trabalho na perfeição: os ossos, os músculos e os nervos voltam a crescer no sítio certo. Há mais: a planária é um verme que, se for cortada aos pedacinhos, também é capaz de se reconstruir. Portanto, estes animais são uma ajuda no estudo da regeneração de tecidos. Mas como o fazem? Para perceber isso, descodificou-se todo o genoma destas espécies, que vem descrito esta semana em dois artigos científicos na revista Nature. Se o axolote tem um genoma dez vezes maior do que o dos humanos, já a planária não tem genes que para nós são essenciais para a divisão celular. Bem-vindo ao mundo (misterioso) da regeneração.

O axolote (Ambystoma mexicanum) distingue-se bem das outras salamandras: tem três pares de brânquias externas nos dois lados da cabeça que parecem plumas. Tem a pele escura, mas também há indivíduos albinos. Durante toda a sua vida é apenas aquático e alimenta-se de algas, vegetação e de invertebrados aquáticos. Não completa a metamorfose, por isso tem um aspecto de larva mesmo no estado adulto.

Os membros desta espécie têm cerca de 30 centímetros de comprimento e são agressivos entre si, podendo mesmo morder-se e mutilar-se uns aos outros. Mas, digamos que no seu caso não faz grande diferença, o axolote tem a capacidade de regenerar partes do seu corpo. E, além de voltar a ganhar os membros com direito a músculos, ossos e nervos, pode ainda reparar a espinal medula e o tecido da retina. Por isto é que há tanto interesse em estudá-lo. “Não sabemos as razões evolutivas por trás desta característica única. A capacidade para se regenerar deve estar relacionada com o seu comportamento canibalesco”, diz ao PÚBLICO Sergej Nowoshilow, do Instituto Max Planck para a Biologia Celular Molecular e Genética (Alemanha) e o principal autor do artigo científico sobre o genoma desta salamandra.

E onde podemos encontrá-lo? Só vive numa pequena área do México, em lagos de água doce, fundo escuro e vegetação abundante. Actualmente até tem o estatuto de “criticamente em perigo” da União Internacional para a Conservação da Natureza (IUCN), devido à diminuição do seu habitat por ocupação humana, ao comércio ilegal e à sua utilização na alimentação das populações locais. Mas também há colónias conservadas em laboratórios científicos. Afinal, o axolote já anda no mundo dos laboratórios desde 1864. Uma das maiores colónias está a cargo da equipa de Elly Tanaka, uma das coordenadoras do trabalho, do Instituto de Investigação de Patologia Molecular (IMP, na sigla em inglês), na Áustria.

Ao longo dos anos, a equipa de Elly Tanaka tem desvendado alguns dos segredos do axolote e identificado células que iniciam o processo de regeneração, assim como descrito os padrões moleculares que controlam esse processo. Mas para se perceber melhor como funciona a regeneração no axolote teve de se descodificar todo o seu genoma. E foi um longo trabalho: o genoma do axolote tem 32.000 milhões de pares de bases – as quatro pequenas moléculas (ou “letras”) que compõem a molécula de ADN e que se ligam sempre aos pares, o A liga-se ao T e o C ao G. Ou seja, o genoma do axolote é cerca de dez vezes maior do que o dos seres humanos, que tem 3000 milhões de pares de bases. O genoma do axolote foi o maior até agora descodificado, salienta o artigo.

Um marco na investigação
E o que se viu nesta descodificação? “Os cientistas descobriram que muitos genes que apenas existem no axolote e noutras espécies de anfíbios são activados no tecido que é regenerado nos membros”, lê-se num comunicado do IMP. Além disso, observaram que um gene essencial para o desenvolvimento muscular e neuronal em muitos animais, o Pax3, não se encontra no genoma desta salamandra. As funções do Pax3 são desempenhadas pelo gene Pax7, que também tem um papel fundamental no desenvolvimento muscular e neuronal.

“Agora temos nas nossas mãos um mapa para investigar como estruturas complicadas como as pernas podem voltar a crescer”, considera Sergej Nowoshilow. “É um ponto de viragem para a comunidade de cientistas que trabalha com o axolote e um autêntico marco na aventura desta investigação que começou há mais de 150 anos.” É assim mais um passo para compreender melhor este modelo animal para a biologia do desenvolvimento e para os estudos de regeneração. “Todo o genoma do axolote está agora disponível para mais investigação”, diz-nos Sergej Nowoshilow. Por isso, no artigo, os cientistas mostram já esse entusiasmo: “As futuras investigações das sequências [genéticas do axolote] são provavelmente uma via frutífera para compreender a evolução das capacidades regenerativas.”

O segundo genoma descodificado foi o da planária Schmidtea mediterranea. “As planárias são parte de um grande grupo de animais que inclui os caracóis, as amêijoas e as minhocas”, conta-nos Markus Grohme, também do Instituto Max Planck para a Biologia Celular Molecular e Genética e o principal autor do estudo sobre o genoma da planária. “Mas a evolução deste grupo de animais está muito pouca estudada”, avisa ainda.

As planárias vivem em ambientes aquáticos, por exemplo no Sul da Europa e na Tunísia, e aguentam grandes variações da temperatura da água. Podem ser encontradas em cursos de água corrente (como rios) e estar debaixo de rochas. São animais achatados, portanto sem cavidade corporal, não se consegue distinguir bem a cabeça do resto do corpo e rastejam. Não têm propriamente um tamanho fixo. “Se estiver com fome, pode ficar com menos uns milímetros e se comer pode crescer alguns centímetros”, conta Markus Grohme. As planárias utilizadas em experiências científicas variam entre os 0,25 e os dois centímetros. Além disso, são conhecidas por se conseguirem regenerar quando são cortadas aos pedaços. Depois, tornam-se outra vez planárias, como se nada tivesse acontecido.

Mas nunca se percebeu muito bem como conseguiam tal proeza. Por isso, também se sequenciou agora o seu genoma. Ao contrário do axolote, a planária tem apenas 800 milhões de pares de bases. E verificou-se que cerca de 124 genes, essenciais nos humanos e nos ratinhos, não se encontram no genoma da planária, incluindo genes envolvidos na reparação do ADN e outros que ajudam os cromossomas a distribuírem-se correctamente durante a divisão celular.

Por exemplo, não se encontrou os genes Mad1 e o Mad2, que estão em quase todos os organismos e têm uma função no ciclo celular que assegura que as células-filhas (resultado da divisão da célula-mãe) fiquem com o mesmo número de cromossomas após a divisão celular. Contudo, a planária não têm estes genes e as suas células continuam a dividir-se bem. Algo que entusiasma os cientistas para continuarem com este trabalho. “Em breve, esperamos fazer comparações de genomas para compreender o porquê de alguns animais se regenerarem e outros não”, considera Jochen Rink, também do Instituto Max Planck para a Biologia Celular Molecular e Genética, e um dos coordenadores deste trabalho. Afinal, como refere o artigo, “a rápida regeneração de pequenos pedaços torna as planárias um modelo privilegiado para a regeneração”.

Os cientistas salientam ainda que ambos os genomas tinham muitas sequências de ADN repetidas, o que os torna mais difíceis de analisar. Por isso, ambos os grupos usaram novos métodos computacionais para conseguirem realizar este trabalho.

A descodificação destes genomas pode assim trazer um mundo novo para sabermos mais sobre as “extraordinárias características regeneradoras” do axolote e desta planária, como notam Grant Parker Flowers e Craig Crews, da Universidade de Yale (Estados Unidos), num comentário aos dois trabalhos também publicado na revista Nature. “Estes estudos são um passo crucial para compreender a regeneração.” É como se estivéssemos mais próximos de desvendar os superpoderes destas duas espécies tão misteriosas.

Notícia do Público de 27/01/2018.