Cientistas acabaram de editar geneticamente um milhão de anos de evolução em DNA de camundongo

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Um dos camundongos de laboratório usados ​​na pesquisa. (Créditos: Qian Wang)

Traduzido por Julio Batista
Original de David Nield para o ScienceAlert

Alterar o número de cromossomos de um animal pode levar milhões de gerações para acontecer na natureza ao longo da evolução – e agora, cientistas conseguiram fazer essas mesmas mudanças em camundongos de laboratório em um piscar de olhos relativo.

A nova técnica usando células-tronco e edição de genes é uma grande conquista, e a equipe espera revelar mais sobre como o rearranjo dos cromossomos pode influenciar a maneira como os animais evoluem ao longo do tempo.

É nos cromossomos – aquelas cadeias de proteínas e DNA dentro das células – que encontramos nossos genes, herdados de nossos pais e misturados para nos tornar quem somos.

Para mamíferos como camundongos e nós humanos, os cromossomos normalmente vêm emparelhados. Há exceções, como nas células sexuais.

As células-tronco embrionárias não fertilizadas são geralmente o melhor ponto de partida para mexer no DNA. A falta desse conjunto adicional de cromossomos fornecido por um espermatozoide, no entanto, priva as células de um passo importante na negociação de quais genes em quais cromossomos serão marcados como ativos para fazer o trabalho de construir um corpo.

Esse processo – chamado impressão genômica – foi um obstáculo para os engenheiros interessados ​​em reestruturar grandes partes do genoma.

“A impressão genômica é frequentemente perdida, o que significa que a informação sobre quais genes devem estar ativos desaparece nas células-tronco embrionárias haploides, limitando sua pluripotência e engenharia genética”, disse o biólogo Li-Bin Wang, da Academia Chinesa de Ciências.

“Nós descobrimos recentemente que, ao excluir três regiões impressas, poderíamos estabelecer um padrão de impressão estável semelhante ao relacionado com o espermatozoide nas células”.

Sem essas três regiões naturalmente impressas, a fusão cromossômica duradoura era possível. Em seus experimentos, os pesquisadores fundiram dois cromossomos de tamanho médio (4 e 5) e os dois cromossomos maiores (1 e 2) em duas orientações diferentes, resultando em três arranjos diferentes.

A fusão dos cromossomos 4 e 5 foi a mais bem sucedida em termos de transmissão do código genético para a prole dos camundongos, embora a reprodução tenha sido mais lenta que o normal.

Uma das fusões 1 e 2 não produziu descendentes de camundongos, enquanto a outra produziu descendentes de camundongos que eram mais lentos, maiores e mais ansiosos do que aqueles da fusão dos cromossomos 4 e 5.

Segundo os pesquisadores, as quedas na fertilidade se devem à forma como os cromossomos se separam após o alinhamento, o que não acontece da maneira normal. Isso mostra que o rearranjo cromossômico é crucial para o isolamento reprodutivo – uma parte fundamental das espécies que podem evoluir e permanecer separadas.

“O camundongo doméstico de laboratório manteve um cariótipo padrão de 40 cromossomos – ou a imagem completa dos cromossomos de um organismo – após mais de 100 anos de reprodução artificial”, disse o biólogo Zhi-Kun Li, também da Academia Chinesa de Ciências.

“Em escalas de tempo mais longas, no entanto, as alterações do cariótipo causadas por rearranjos cromossômicos são comuns. Os roedores têm 3,2 a 3,5 rearranjos por milhão de anos, enquanto os primatas têm 1,6.”

Para colocar isso em contexto, raros saltos no rearranjo cromossômico ajudaram a direcionar os caminhos evolutivos de nossos próprios ancestrais. Cromossomos que permanecem separados em gorilas, por exemplo, são fundidos em um em nosso genoma humano.

Esses tipos de mudanças podem ocorrer uma vez a cada poucas centenas de milênios. Embora as edições genéticas feitas aqui no laboratório tenham sido em uma escala relativamente pequena, os sinais são de que elas podem ter alguns efeitos dramáticos nos animais envolvidos.

Ainda é cedo – afinal, trata-se de algo inédito na ciência – mas, mais adiante, pode haver a oportunidade de corrigir cromossomos desalinhados ou malformados em linhagens humanas. Sabemos que em indivíduos, fusões cromossômicas e realocações podem levar a problemas de saúde, incluindo leucemia infantil.

“Nós demonstramos experimentalmente que o evento de rearranjo cromossômico é a força motriz por trás da evolução das espécies e importante para o isolamento reprodutivo, fornecendo uma rota potencial para a engenharia de DNA em larga escala em mamíferos”, disse Li.

A pesquisa foi publicada na revista Science.