Novas evidências desafiam a ideia de que as mutações são totalmente aleatórias

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Créditos: Andriy Onufriyenko / Moment / Getty Images.

Por Tessa Koumoundouros
Publicado na ScienceAlert

É um equívoco comum que a evolução tem um senso de direção – uma noção que os nerds da biologia ao redor do mundo estão constantemente tentando corrigir.

Mas uma nova pesquisa revela que pode haver um pouco de verdade nesse equívoco, pelo menos mais do que jamais percebemos.

Embora não seja tão simples quanto a mutação com um propósito, agora parece que nem todo DNA é igual quando se trata de ser mutável. Pelo menos não em uma erva daninha de beira de estrada conhecida como agrião thale (Arabidopsis thaliana).

“Sempre pensamos na mutação como basicamente aleatória em todo o genoma”, disse o cientista de plantas Gray Monroe, da Universidade da Califórnia, Davis (EUA). “Acontece que a mutação é muito não-aleatória e é não-aleatória de uma forma que beneficia a planta. É uma maneira totalmente nova de pensar sobre a mutação”.

Para que uma mutação genética (ou uma variante) surja em primeiro lugar, várias coisas precisam dar certo. Primeiro, o DNA deve ser alterado dentro das células germinativas – células que passam seu material genético para a prole de um organismo.

Isso pode envolver uma mudança em uma única ‘letra’ em uma sequência de DNA, por meio de danos por UV, por exemplo, ou a perda de um gene, ou a mistura de um cromossomo inteiro por meio de erros quando o material genético está sendo copiado e transmitido.

Então esse dano deve escapar de vários mecanismos celulares que existem para impedir que tais alterações sejam transferidas. Isso inclui sistemas de reparo de DNA ou, para mutações extremas, morte celular programada (apoptose).

Se a mutação evita esses processos, ela pode ser passada para a próxima geração.

A maioria das mutações que incluem a mudança de uma única ‘letra’ são neutras, pois não dão origem a nenhuma mudança significativa na forma ou função do organismo.

Mas para aquelas que causam mudanças, se elas continuam até as gerações seguintes podem estar sujeitas aos caprichos da seleção natural.

É neste ponto que se pensava que a evolução faria a maior parte da classificação entre as boas mutações e os fracassos. Por exemplo, se uma mutação dificulta a sobrevivência de uma planta ou animal, é improvável que ela permaneça por muito tempo.

Embora as forças de seleção possam restringir quais mutações são transmitidas através das gerações, a mutação em si tem sido geralmente considerada como uma jogada de dados imprevisível no histórico genético do organismo.

“Desde a primeira metade do século XX, a teoria evolutiva tem sido dominada pela ideia de que as mutações ocorrem aleatoriamente em relação às suas consequências”, escreveu a equipe em seu estudo.

Monroe e seus colegas usaram o equivalente vegetal de um rato de laboratório – o mencionado agrião thale – para testar a suposição de que a mutação foi de fato distribuída aleatoriamente em um genoma. Eles analisaram os genomas de 400 linhagens de plantas e, para sua surpresa, não foi isso que seus dados mostraram.

Em vez disso, eles descobriram que certas regiões do genoma da planta eram muito mais propensas a mutações do que outras.

“Estas são regiões realmente importantes do genoma”, disse Monroe. “As áreas que são biologicamente mais importantes são as que estão protegidas contra mutações”.

Isso permaneceu verdadeiro quando eles olharam para partes codificantes ou não codificantes do código genético, sugerindo que o efeito não era devido a tipos específicos de DNA, mas à região como um todo.

“A evolução em torno dos genes em Arabidopsis parece ser explicada mais pelo viés de mutação do que pela seleção”, escreveram Munroe e sua equipe, explicando que, se essa discrepância estivesse sendo causada posteriormente pela seleção natural, sua análise teria detectado mais variações genéticas únicas do que as observadas (pois elas teriam sido perdidas posteriormente no processo).

Além disso, os dados revelaram fatores epigenéticos, como a maneira que o DNA é emaranhado em torno de certas proteínas, e os mecanismos de reparo do DNA predizem quais partes do genoma são menos propensas a mutações. Já havia fortes evidências de que o reparo do DNA é direcionado a regiões gênicas ativas, o que este estudo também sustenta.

Saber como o thale joga os dados quando se trata de mutações pode ter implicações não apenas para outras plantas, mas para entender a evolução e as doenças em quase todas as espécies.

“Isso significa que podemos prever quais genes são mais propensos a sofrer mutações do que outros e nos dá uma boa ideia do que está acontecendo”, disse Weigel.

“Isso é empolgante porque podemos até usar essas descobertas para pensar em como proteger os genes humanos da mutação”.

Essas descobertas sugerem que a seleção natural distorceu a probabilidade de mutações no histórico genético de um organismo.

Assim, embora uma mutação individual ainda seja aleatória em termos de suas consequências, a posição em um genoma tende a favorecer a sobrevivência de um organismo, mesmo antes de quaisquer possíveis efeitos da mutação entrarem em jogo no campo da seleção natural.

Sua pesquisa foi publicada na Nature.