segunda-feira, junho 01, 2015

Drosophila: cem anos de testes e nenhuma função nova

Assas sem músculos: inúteis
Modelos computacionais sugerem que há uma chance de 65,2% de conseguir uma mutação bem-sucedida dentro de uma geração. Também assume que praticamente todas as gerações irão produzir uma mutação favorável.[1] Depois de mais 27 mutações, haveria um órgão novo e funcional. Mas o que o conhecimento científico atual na área de mutagênese diz a respeito da Drosophila melanogaster? A mosca-da-fruta, D. melanogaster, é um organismo modelo genético bem estudado e altamente dócil para a compreensão dos mecanismos moleculares de doenças humanas. Sugere-se que muitas propriedades biológicas, fisiológicas e neurológicas básicas são compartilhadas entre a mosca-da-fruta e os humanos. A D. melanogaster contém aproximadamente 14 mil genes, enquanto o ser humano possui cerca de 19 mil.[2-4] Sabe-se que 75% dos genes de doenças humanas conhecidas têm uma correspondência com o genoma da mosca.[2, 3] Quando o genoma total de ambas as espécies é comparado, 44% das proteínas humanas são similares às da mosca-da-fruta.[7]

Os geneticistas começaram a criar a mosca-da-fruta logo após a entrada do século 20, e desde 1910, quando a primeira mutação foi relatada, mais de 3.000 mutações têm sido identificadas.[8] Todas as mutações são prejudiciais ou inofensivas; nenhuma delas produziu uma mosca-da-fruta mais bem-sucedida.[9] Em 2010, um estudo norte-americano acompanhou em laboratório mais de 600 gerações de D. melanogaster, e descobriu que é raro o surgimento de alelos incondicionalmente vantajosos por meio da seleção natural.[10] Pesquisas têm demonstrado cada vez mais os limites do poder seletivo desse mecanismo sobre as espécies. Entretanto, está bem estabelecida sua influência em alterar o equilíbrio das frequências gênicas em distintas populações.[11-13] Quando as populações se deparam com mudanças ambientais e migram para uma nova área, por exemplo, a seleção natural favorece a combinação de características que farão o organismo mais bem-sucedido (adaptação) nesse novo ambiente.[9]

No entanto, também deve ser considerado o custo de fitness (perda de aptidão/função) que a mosca-da-fruta sofre por manter sua variedade genética ou quando há ganho de uma nova função. Em 2003, um estudo suíço demonstrou que cada nova capacidade de aprendizagem (nova função metabólica, por exemplo) confere um maior custo ao organismo; no caso da mosca, esse custo seria representado por uma diminuição na capacidade competitiva de suas larvas.[14] Outro exemplo de custo de fitness pode ser encontrado em bactérias que passaram a metabolizar citrato na presença de oxigênio (o que geralmente não ocorre), no entanto, essa nova função provavelmente resultou da perda de informação genética.[15] Mais ainda: bactérias tiveram um crescimento mais rápido e um aumento na capacidade competitiva das cepas a custo da perda de genes por mutações deletérias, o que resultou em diminuição de seus genomas.[16] Em termos práticos o que está sendo sugerido é que alterar um recurso para melhor pode mudar outro para pior, portanto, na análise do balanço, não houve diferença entre o saldo inicial e o final.

No tocante às experiências realizadas com as moscas-da-fruta, os neodarwinistas alegam que observaram a origem de novas espécies (especiação), considerando a definição simplista padrão de “espécie” como sendo uma “população reprodutivamente isolada”. Em 1974, foi realizado na Inglaterra um estudo experimental em duas subespécies preexistentes da mesma espécie de D. melanogaster com o objetivo de determinar se mudanças nas preferências de acasalamento poderiam ser induzidas.[17] Isso incluiu a morte artificial de híbridos entre as cepas (um processo que não necessariamente imita a natureza). Os resultados demonstraram que um isolamento reprodutivo incompleto foi estabelecido. Em 1956, um estudo escocês já havia demonstrado apenas um isolamento sexual parcial.[18]

A mudança biológica mais evidente que o exemplo reprodutivo documentou foram diferenças de comportamento em pequena escala em relação ao cortejo (namoro), especificamente em mudanças na quantidade de “lambidas” e “vibração” que os machos realizam com as fêmeas para iniciar o acasalamento.[19] Porém, tudo o que foi observado são alterações nos comportamentos de iniciação ao namoro (lambidas e vibrações) mudando entre as cepas. Ambas as linhagens foram “similares” antes das experiências, e essas pequenas alterações nos comportamentos de acasalamento se mantiveram muito semelhantes após os experimentos. Mais uma vez, nenhuma mudança biológica significativa foi observada, e o isolamento reprodutivo completo (por exemplo, especiação) não foi estabelecido.

Ou asas atrofiadas
Outra pesquisa experimental selecionou artificialmente certas características comportamentais, mas produziram apenas “ligeiro” isolamento sexual ou “isolamento reprodutivo incipiente”, devido a “mudanças no comportamento sexual”.[20] O artigo sugere que o completo isolamento reprodutivo não foi encontrado: “Se a seleção para geotaxia e fototaxia sempre e necessariamente produz uma mudança no comportamento sexual, e se a contínua seleção pode levar a divergência sexual em qualquer lugar próximo ao isolamento [reprodutivo] completo, só pode ser decidido por novos experimentos”. Nesse caso, não somente o completo isolamento não foi alcançado, mas a mudança biológica significativa também não foi atingida.[19] Além desses, podemos citar outros estudos que não encontraram o completo isolamento reprodutivo em espécies de moscas-da-fruta.[21, 22]

A manipulação de genes foi mais uma tentativa de progressão evolutiva das moscas-da-fruta a qual resultou em aspectos de monstros. A mais popular, a partir de uma perspectiva evolucionista, foi a experiência com os genes chamados HOX (uma abreviação de Homeobox) utilizados pelo organismo durante o desenvolvimento embrionário. Nesse sentido, os cientistas imaginaram que seria mais simples para a evolução operar através da mutação desses genes (isso foi antes de os estudos recentes mostrarem que o desenvolvimento embrionário é mais influenciado pelo DNA regulador, e não por genes). Foi então que, em 1987, um estudo experimental observou mutações no complexo do gene Antennapedia (Antp) da mosca-da-fruta, que resultou no crescimento de pernas na cabeça em vez de antenas.[23] Também foi observado que mutações no gene Homeobox geraram moscas com quatro asas.[24] As asas extras não tinham músculos e representaram peso morto. Para Stephen Meyer, “moscas mutantes que produzem quatro asas sobrevivem hoje apenas em um ambiente cuidadosamente controlado e somente quando pesquisadores qualificados meticulosamente orientam seus estudos por meio de um estágio não funcional após o outro. Essa experiência cuidadosamente controlada não nos diz muito sobre o que mutações não direcionais podem produzir na natureza”.[25: p. 105] 

Enfim, assim como ocorre com a D. melanogaster, as evidências revelam o acúmulo de mutações deletérias em outros seres vivos, levando à degeneração e à perda de informação genética em um curto espaço de tempo.[16, 26-30] A entropia genética corrobora essas evidências ao afirmar que há maior acumulação de mutações prejudicais do que qualquer outro tipo, e que esse acúmulo ocorre tão rapidamente que a seleção natural não poderia detê-lo.[31] O que não se observa é um aumento de nova informação genética, já que para o “surgimento” de novos genes e/ou órgãos funcionais e planos corporais seria necessário acréscimo de muita informação complexa e específica. Assim, décadas de estudos de laboratório e de campo nas populações selvagens sugerem que a seleção natural só atua nas variações que já existem na população e, mesmo assim, de forma limitada. Os sobreviventes dos mais de cem anos de torturas em laboratório ainda são apenas moscas.

(Everton Fernando Alves é mestre em Ciências da Saúde pela UEM e diretor de ensino do Núcleo Maringaense da Sociedade Criacionista Brasileira [NUMAR-SCB]; seu e-book pode ser lido aqui)

Referências:
1. Truman R. “Dawkins’ weasel revisited.” Journal of Creation 1998; 12(3):358-361.
2. Adams MD, et al. “The genome sequence of Drosophila melanogaster”. Science. 2000; 287(5461):2185-2195.
3. MGC Project Team. “The completion of the Mammalian Gene Collection” (MGC). Genome Res. 2009; 19(12):2324-2333.
4. Ezkurdia IJuan DRodriguez JMFrankish ADiekhans MHarrow JVazquez JValencia ATress ML. “Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19.000 human protein-coding genes.” Hum Mol Genet. 2014; 23(22):5866-78.
5. Reiter LTPotocki LChien SGribskov MBier E. “A Systematic Analysis of Human Disease-Associated Gene Sequences In Drosophila melanogaster.” Genome Res. 2001; 11(6): 1114-1125.
6. Pandey UBNichols CD. “Human disease models in Drosophila melanogaster and the role of the fly in therapeutic drug discovery.” PharmacolRev. 2011; 63(2):411-36.
7. “O projeto genoma humano.” Disponível aqui.
8. Lindsley DL, Grell EH. “Genetic Variations of Drosophila melanogaster.” DC: Carnegie Institution of Washington, Publication nº 627, 1967.
9. LesterL. “Genetics: No Friend of Evolution.” Creation 1998; 20(2):20-22.
10. Burke MK, Dunham JP, Shahrestani P, Thornton KR, Rose MR, Long AD. “Genome-wide analysis of a long-term evolution experiment with Drosophila”. Nature. 2010; 467:587-590.
11. Barton NPartridge L. “Limits to natural selection.” Bioessays. 2000; 22(12):1075-84.
12. Betancourt AJPresgraves DC. “Linkage limits the power of natural selection in Drosophila.” Proc Natl Acad Sci U S A. 2002; 99(21):13616-20.
13. Lenormand T. “Gene flow and the limits to natural selection.” Trends in Ecology & Evolution 2002; 17(4):183-189.
14. Mery F, Kawecki TJ. “A fitness cost of learning ability in Drosophila melanogaster.” Proc Biol Sci. 2003; 270(1532):2465-2469.
15. Behe MJ. “Experimental Evolution, Loss-of-Function Mutations and ‘The First Rule of Adaptive Evolution’.” Quarterly Review of Biology 2010; 85(4):419-445.
16. Koskiniemi SSun SBerg OGAndersson DI. “Selection-Driven Gene Loss in Bacteria.” PLoS Genet. 2012; 8(6):e1002787.
17. Crossley SA. “Changes in mating behavior produced by selection for ethological isolation between ebony and vestigial mutants of Drosophilia melanogaster.” Evolution. 1974; 28:631-647.
18. Knight GR, Robertson A, Waddington CH. “Selection for sexual isolation within a species.” Evolution. 1956; 10:14-22.
19. Luskin C. “Uncooperative Fruit Flies Refuse to Speciate in Laboratory Experiments.” [Jan. 2012]. Evolution News and Views, 2012. Disponível aqui.
20. Del Solar E. “Sexual Isolation Caused by Selection for Positive and Negative Phototaxis and Geotaxis in Drosophila pseudoobscura.” Genetics. 1966; 56:484-487.
21. Oliveira AK, Cordeiro A. “Adaptation of Drosophila willistoni experimental populations to extreme pH medium.” Heredity. 1980; 44(1):123-130.
22. Dodd DMB. “Reproductive Isolation as a Consequence of Adaptive Divergence in Drosophila pseudoobscura.” Evolution, 1989; 43(6):1308-1311.
23. Schneuwly S, Klemenz R, Gehring WJ. “Redesigning the body plan of Drosophila by ectopic expression of the homoeotic gene Antennapedia.” Nature. 1987; 325:816-818.
24. Lewis EB. “Clusters of master control genes regulate the development of higher organisms”. J. Am. Med. Assoc. 1992; 267:1524-1531.
25. Meyer SC, Nelson PA, Moneymaker J, Minnich S, Seelke R. Explore Evolution: The Arguments for and Against Neo-Darwinism. London: Hill House Publishers, 2007.
26. Lynch M. “Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation.” Proc Natl Acad Sci U S A. 2010; 107(3):961-8.
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31. Sanford JC. Genetic Entropy. 4ª ed. NY: FMS Publications, 2014.