A evolução e a seleção natural ocorrem no nível do DNA, à medida que os genes se transformam e os traços genéticos permanecem ou se perdem ao longo do tempo. Mas agora, os cientistas pensam que a evolução pode ocorrer em uma escala totalmente diferente - transmitida não através de genes, mas através de moléculas grudadas em suas superfícies.
Essas moléculas, conhecidas como grupos metila, alteram a estrutura do DNA e podem ativar e desativar os genes. As alterações são conhecidas como "modificações epigenéticas", o que significa que aparecem "acima" ou "em cima" do genoma. Muitos organismos, incluindo os humanos, têm DNA pontilhado com grupos metil, mas criaturas como moscas da fruta e vermes perdem os genes necessários para fazê-lo ao longo do tempo evolutivo.
Outro organismo, o fermento Cryptococcus neoformans, também perderam genes-chave para a metilação em algum momento do período cretáceo, cerca de 50 a 150 milhões de anos atrás. Mas notavelmente, em sua forma atual, o fungo ainda possui grupos metil em seu genoma. Agora, os cientistas teorizam que C. neoformans conseguiu se manter nas edições epigenéticas por dezenas de milhões de anos, graças a um novo modo de evolução, de acordo com um estudo publicado em 16 de janeiro na revista Cell.
Os pesquisadores por trás do estudo não esperavam descobrir um segredo bem guardado da evolução, o autor sênior Dr. Hiten Madhani, professor de bioquímica e biofísica da Universidade da Califórnia, em São Francisco, e principal pesquisador do Chan Zuckerberg Biohub, disse Live Science.
O grupo normalmente estuda C. neoformans para entender melhor como o fermento causa meningite fúngica em humanos. O fungo tende a infectar pessoas com sistema imunológico fraco e causa cerca de 20% de todas as mortes relacionadas ao HIV / AIDS, de acordo com um comunicado da UCSF. Madhani e seus colegas passam os dias vasculhando o código genético de C. neoformans, buscando genes críticos que ajudam o fermento a invadir células humanas. Mas a equipe ficou surpresa quando surgiram relatórios sugerindo que o material genético é adornado com grupos metil.
"Quando aprendemos tinha metilação do DNA ... pensei, temos que olhar para isso, sem saber o que encontraríamos ", disse Madhani. Nos vertebrados e nas plantas, as células adicionam grupos metil ao DNA com a ajuda de duas enzimas. O primeiro, chamado "de novo metiltransferase", adere grupos metila a genes não adornados. A enzima salpica cada metade da fita de DNA em forma de hélice com o mesmo padrão de grupos metila, criando um desenho simétrico. Durante a divisão celular, a dupla hélice se desenrola e constrói duas novas cadeias de DNA a partir das metades correspondentes. Nesse ponto, uma enzima chamada "manutenção metiltransferase" entra para copiar todos os grupos metila da cadeia original para a metade recém-construída. Madhani e seus colegas examinaram as árvores evolutivas existentes para traçar a história da C. neoformans ao longo do tempo, e descobriu que, durante o período cretáceo, o ancestral da levedura possuía as duas enzimas necessárias para a metilação do DNA. Mas em algum lugar ao longo da linha, C. neoformans perdeu o gene necessário para produzir de novo a metiltransferase. Sem a enzima, o organismo não poderia mais adicionar novos grupos metil ao seu DNA - ele só poderia copiar grupos metil existentes usando sua enzima de manutenção. Em teoria, mesmo trabalhando sozinha, a enzima de manutenção poderia manter o DNA coberto em grupos metil indefinidamente - se pudesse produzir uma cópia perfeita todas as vezes. Na realidade, a enzima comete erros e perde o controle de grupos metil toda vez que a célula se divide, descobriu a equipe. Quando criado em uma placa de Petri, C. neoformans as células ocasionalmente ganhavam novos grupos metil por acaso, semelhante ao surgimento de mutações aleatórias no DNA. No entanto, as células perderam grupos metil cerca de 20 vezes mais rápido do que poderiam ganhar novos. Dentro de cerca de 7.500 gerações, todo último grupo metil desapareceria, deixando a enzima de manutenção sem nada para copiar, estimou a equipe. Dada a velocidade com que C. neoformans multiplica, o fermento deve ter perdido todos os seus grupos metil em cerca de 130 anos. Em vez disso, manteve as edições epigenéticas por dezenas de milhões de anos. "Como a taxa de perda é maior que a taxa de ganho, o sistema perderia lentamente a metilação ao longo do tempo se não houvesse um mecanismo para mantê-la lá", disse Madhani. Esse mecanismo é a seleção natural, disse ele. Em outras palavras, mesmo que C. neoformans Ao ganhar novos grupos metil muito mais lentamente do que perdê-los, a metilação aumentou drasticamente a "aptidão" do organismo, o que significava que poderia superar os indivíduos com menos metilação. Os indivíduos "aptos" prevaleceram sobre aqueles com menos grupos metil e, portanto, os níveis de metilação permaneceram mais altos ao longo de milhões de anos. Mas que vantagem evolutiva esses grupos metil poderiam oferecer C. neoformans? Bem, eles podem proteger o genoma do fermento de danos potencialmente letais, disse Madhani. Os transposons, também conhecidos como "genes saltadores", pulam ao redor do genoma por capricho e geralmente se inserem em lugares muito inconvenientes. Por exemplo, um transposon poderia saltar para o centro de um gene necessário para a sobrevivência celular; essa célula pode funcionar mal ou morrer. Felizmente, os grupos metil podem agarrar os transposons e travá-los no lugar. Pode ser que C. neoformans mantém um certo nível de metilação do DNA para manter os transposons sob controle, disse Madhani. "Nenhum local individual é particularmente importante, mas a densidade geral de metilação nos transposons é selecionada para" em escalas de tempo evolutivas, acrescentou. "A mesma coisa é provavelmente verdade em nossos genomas." Muitos mistérios ainda envolvem a metilação do DNA em C. neoformans. Além de copiar grupos metil entre as cadeias de DNA, a metiltransferase de manutenção parece ser importante quando se trata de como a levedura causa infecções em seres humanos, de acordo com um estudo de 2008 realizado por Madhani. Sem a enzima intacta, o organismo não pode invadir as células com a mesma eficácia. "Não temos idéia do por que é necessário para uma infecção eficiente", disse Madhani. A enzima também requer grandes quantidades de energia química para funcionar e copia apenas grupos metil na metade em branco das fitas de DNA replicadas. Em comparação, a enzima equivalente em outros organismos não requer energia extra para funcionar e às vezes interage com o DNA nu, desprovido de grupos metil, de acordo com um relatório publicado no servidor de pré-impressão bioRxiv. Mais pesquisas revelarão exatamente como a metilação funciona C. neoformanse se essa nova forma de evolução aparece em outros organismos.
