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Novo ‘Atlas’ fornece insights sem precedentes sobre como os genes funcionam no desenvolvimento inicial do embrião
Embora o Projeto Genoma Humano tenha anunciado o sequenciamento completo de 20.000 genes humanos há mais de 20 anos, os cientistas ainda estão trabalhando para compreender como os seres totalmente formados se desenvolvem a partir de instruções genéticas básicas.
Os esforços biomédicos para aprender como as doenças podem ocorrer nos primeiros estágios de desenvolvimento se beneficiariam se fosse conhecido especificamente como os organismos complexos surgem a partir de uma única célula fertilizada.
Recentemente, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD), nos Estados Unidos, compreenderam como o desenvolvimento embrionário ocorre sob as lentes de um organismo modelo simples.
O estudo abrangente liderado pela Dra. Rebecca Green, cientista da Escola de Ciências Biológicas da UCSD, e pela Dra. Karen Oegema, professora da Escola de Ciências Biológicas da UCSD, fornece uma descrição detalhada de como os genes funcionam durante o desenvolvimento embrionário em Caenorhabditis elegans (C. elegans), um nematoide da família Rhabditidae com cerca de um milímetro de comprimento. Apesar do seu pequeno tamanho, C. elegans tem sido uma referência para os cientistas porque grande parte da sua biologia, incluindo as fases iniciais de desenvolvimento, se assemelha à de organismos superiores, incluindo os humanos. A pesquisa, que transforma o trabalho de uma década de uma equipe multidisciplinar colaborativa em um ‘atlas genético’, foi publicada na revista científica Cell.
“Ao caracterizar muitos destes genes pouco compreendidos num organismo modelo simples, podemos aprender sobre o que eles estão fazendo em sistemas mais complexos como os humanos”, disse a Dra. Rebecca Green, cientista de bioinformática e primeira autora do artigo. “Embora o trabalho seja feito com C. elegans, a maioria dos genes analisados estão presentes em humanos e as mutações em muitos deles estão associadas a distúrbios do desenvolvimento humano.”
Os pesquisadores desenvolveram um sistema automatizado para traçar o perfil da função dos genes necessários à embriogênese, processo pelo qual um óvulo fertilizado, que começa como uma única célula, se desenvolve em um organismo com diferentes tecidos, como pele, trato digestivo, neurônios e músculos.
Foram usadas imagens 4-D com lapso de tempo para rastrear metodicamente a função de cada gene ao longo de todos os estágios embrionários, inclusive quando a identidade celular é determinada e quando os tecidos do organismo tomam forma. Os pesquisadores monitoraram esse processo usando uma abordagem conhecida como ‘visão computacional’ para rastrear aspectos específicos do desenvolvimento, incluindo o número de células em cada tecido. Eles também rastrearam a massa, posição e formato dos tecidos do organismo em desenvolvimento.
Para compreender completamente a função de quase 500 genes importantes no desenvolvimento embrionário, eles bloquearam a função de cada gene, um de cada vez. Isto permitiu aos pesquisadores agrupar genes em grupos comuns que revelaram o papel de cada gene.
A Dra. Rebecca Green comparou o processo ao reconhecimento facial automatizado, no qual imagens com características que parecem semelhantes são agrupadas. Ao utilizar este processo meticuloso para analisar uma coleção de quase 7.000 filmes de embriogênese em 4-D, a equipe conseguiu criar ‘impressões digitais’ para genes individuais, como as necessários para que as células se transformem em músculo ou pele. Isso os ajudou a compreender os papéis fisiológicos que os genes desempenham na embriogênese, como controlar a formação de tecidos como o intestino ou o sistema nervoso.
“Mostramos que a nossa abordagem classifica corretamente as funções de genes previamente caracterizados, identifica funções para genes mal caracterizados e descreve novas relações entre genes e vias”, disse a Dra. Karen Oegema. “Descobrimos que muitos genes que pensávamos servirem a funções de menor importância desempenhavam papéis importantes que eram subestimados”.
Em conjunto com o artigo da revista Cell, a abundância de dados da pesquisa levou ao lançamento de um novo recurso online que abriga todas as informações: o PhenoBank agora oferece um portal para o atlas genético desenvolvido durante a pesquisa.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade da Califórnia em San Diego (em inglês).
Fonte: Mario Aguilera, UCSD.
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