Letrinhas em movimento: como anda o sequenciamento do genoma do mexilhão dourado?

O mexilhão dourado está na Alemanha!

Não, não se assuste! Isso não significa dizer que ele invadiu águas europeias!

Ufa!

O que eu quis dizer é que o projeto do sequenciamento do genoma do mexilhão dourado começou uma colaboração com um instituto de pesquisa alemão, e por isso as letrinhas A, C, T, G do genoma do mexilhão dourado andam passeando pelo hard drive e pela memória ram de super computadores alemães...

Eu, Marcela, estou fazendo um ano de doutorado sanduíche, com bolsa da CAPES, em um instituto de pesquisa em Berlim chamado Leibniz Institute for Zoo and Wild Life Research (IZW), e continuo a montagem do genoma do mexilhão dourado dentro de um núcleo de bioinformática conhecido como Berlin Center for Genomics in Biodiversity Research (BeGenDiv). Essa sou eu por aqui: http://goo.gl/WAqdei 

O IZW e o BeGenDiv produzem ciência voltada para o estudo do comportamento e da genética animal, com fins de preservação da vida selvagem, e das espécies ameaçadas de extinção. E também, como no caso do mexilhão dourado, estudam a genética de espécies que ameaçam a diversidade e a vida selvagem!

Aqui na Alemanha eu sou orientada pela Dr. Camila Mazzoni, que está trazendo sua expertise em anotação de genes para o projeto do genoma do mexilhão dourado.

Mas o que significa anotação de genes?

O sequenciamento e a montagem de um genoma envolvem várias etapas. É preciso:

1-) Coletar o animal e extrair o seu DNA - já fizemos essa parte no Brasil!

2-) Depois, precisamos inserir esse DNA numa máquina de sequenciamento de letrinhas. Para que as letrinhas do genoma sejam geradas pela máquina, é preciso comprar reagentes químicos um tanto caros, e foi aqui que investimos uma parte do nosso dinheiro de financiamento, que inclui o nosso crowdfunding! Gastamos em torno de R$ 42.600,00 para gerar as sequências genéticas do mexilhão (as letrinhas!) em dois diferentes centros de sequenciamento: um deles na UNESP de Jaboticabal, e o outro na Itália na cidade de Perugia, no chamado Polo d'Innovazione di Genomica, Genetica e Biologia (Polo GGB)*. 

Letrinhas caras essas, né? Mas o que a gente faz com elas agora?

3-) É preciso montar o genoma. O genoma do mexilhão dourado é formado por mais ou menos 800 milhões de letrinhas A,C,T,G seguidas. Mas quando elas são geradas pela máquina de sequênciamento, essas letrinhas não saem de lá compriiiiiiiiidas já formando longos fragmentos até chegar aos 800 milhões necessários. Na verdade, as chamadas reads (ou sequências) que são geradas pelo sequenciador são bem curtas: cada read é composta de mais ou menos 100 letras A,C,T,G! Várias e várias dessas reads são geradas pelo sequenciador de genomas. Então você imagina: é preciso pegar todas as sequências de 100 letrinhas e dar sentido à elas, até que elas formem a ordem correta das 800 milhões que compõe o genoma completo do mexilhão! É como um quebra cabeça com muitas peças embaralhadas! E para resolver esse quebra cabeça é preciso usar diferentes programas computacionais. Trabalho puxado que estou desenvolvendo nesse momento!!!

Quando já tivermos as letrinhas na sequência correta formando o genoma então,

4-) Precisaremos anotar os genes dentro desse genoma! Nem todas as letrinhas codificam os blocos da vida que geram os nossos tecidos e órgãos: as letrinhas que fazem isso são chamadas genes, e é preciso identificá-las no meio das outras sequências que têm outros papéis na geração da vida. Muitas dessas outras sequências são como guardas de trânsito; controlando a expressão dos genes na célula.

Esse trabalho de diferenciação entre genes e guardas de trânsito já está sendo iniciado - a medida que vamos gerando os primeiros grandes blocos de letrinhas em sequência correta através da montagem do genoma - e vai continuar pelos próximos dois anos, até que o projeto esteja em sua fase final, no início de 2017.

São esses genes que serão nomeados a partir dos nosso queridos colaboradores! Quando a hora de nomear genes chegar, e ela há de chegar, todos os colaboradores receberão um e-mail e precisarão escolher o nome dos seus genes! Que sejam generosos e deem nomes legais! Porque já bastam os nomes reais dos genes que indicam as funções bioquímicas deles! Por exemplo: o gene da glucose-6-fosfato-desidrogenase... an?? Fala sério! Que nomão!! Tomara que no genoma do mexilhão dourado ela chame-se John glucose-6-fosfato-desidrogenase ou Mary glucose-6-fosfato-desidrogese... Melhor, hein?

Acho que por hoje vou ficando por aqui. Em Berlim: eu, meu computador, as letrinhas... e o mexilhão! 

Quem estiver interessado em uma ciência mais hardcore pode dar uma olhada no último capítulo de livro que escrevemos sobre a relação da genética com a capacidade invasiva do mexilhão dourado. O capítulo está dentro deste livro: http://www.springer.com/gp/book/9783319134932 

*Quem quiser mais detalhes sobre os pagamentos, recibos e coisa e tal, pode escrever pra mim: marcela.uliano@gmail.com

Qualquer semelhança não é mera coincidência!

Pessoal, hoje venho apresentar pra vocês, pessoalmente e em forma de cartoon, um projeto que tem trazido grandes alegrias para o nosso Laboratório de Biologia Molecular Ambiental, aqui na UFRJ! É o meu projeto de doutorado, o sequenciamento do genoma do mexilhão dourado, que está no site Catarse para um financiamento colaborativo!

Dê uma olhada no vídeo do site! Só leva 4 minutinhos! http://catarse.me/pt/genoma

A ideia deste Crowdfunding (que significa 'financiamento colaborativo') surgiu há mais ou menos 4 meses: no nosso lab sempre discutimos formas de popularizar a ciência! Formas de mostra a você, que não é cientista, o quanto nossos estudos são legais e IMPORTANTES!

É corriqueiro observar o paradoxo da sociedade atual: todos os aparelhos e  objetos que você usa diariamente (seu celular, pílula anticoncepcional, carro, chuveiro elétrico, computadores, Ipads, Itudo, embalagens ecologicamente corretas..) são produtos científicos!! Mas, ao mesmo tempo, passamos a vida achando que o cientista é aquele que fica lááá na Universidade longe da gente...

Foi para explicar o que fazemos e permitir a você fazer ciência conosco que lançamos esse Crowdfunding!! Se você fizer uma doação em dinheiro para esse projeto a partir de R$20, vai estar participando DIRETAMENTE dos estudos do combate a invasão do mexilhão dourado, que está beirando águas amazônicas (acesse o site para detalhes http://catarse.me/pt/genoma!! E pode escrever pra mim se tiver alguma dúvida! marcela.uliano@biof.ufrj.br). 

Sinceramente, a oportunidade de participar de um Crowdfunding científico é quase como votar: você PODE escolher participar ativamente desta nossa proposta a favor da biodiversidade amazônica!

MUITAS pessoas já se envolveram nesse projeto e estão colaborando conosco! Nos últimos dias alguns cientistas da computação se voluntariaram para nos ajudar com os desafios computacionais que vamos enfrentar quando estivermos montando o genoma... isso não é demais?? Você também não quer fazer parte deste estudo conosco?? Contribua no site!!

Se você já leu argumentos suficientes para colaborar conosco, você pode parar de ler esse post agora e entrar no site para se cadastrar! Mas eu queria, para finalizar, responder uma última questão que surge recorrentemente entre os colaboradores, e que pode ser também a sua!

SE ESSE PROJETO É TÃO IMPORTANTE, POR QUE O GOVERNO FEDERAL NÃO FINANCIA?

Resposta: Ele faz isso!!! Por exemplo, durante meu mestrado, fomos contemplados com o edital Universal do CNPq para sequenciar o transcriptoma do mexilhão dourado! A grande questão é que sequenciar um genoma inteiro custa muito dinheiro! Alééém disso, como pensamos que a preservação da biodiversidade amazônica é de interesse de todos os brasileiros (e seres humanos do mundo todo!), pensamos que você também deveria ter a oportunidade de participar ativamente deste trabalho!!

Quando qualquer outra dúvida surgir, escreva pra gente! Estaremos empolgados e felizes esperando para te responder!! E não esqueça de divulgar o projeto no seu facebook e por e-mail para seus amigos! Os cientistas do Lab BioMA, e a biodiversidade aquática brasileira, agradecem! ;-) 

Um encontro com o mexilhão dourado!

Neste final de semana deixei o Rio de Janeiro e fui dar um passeio em Porto Alegre. Eu estava à procura do mexilhão dourado, Limnoperna fortunei, organismo objeto de minha pesquisa de doutorado.  Lá no sul, não foi difícil encontrá-lo!

Durante minha busca conheci o senhor França, por coincidência, um catarinense criciumense mas que vive há anos no Rio Grande do Sul e trabalha como pescador no delta do Rio Jacuí. Além da ajuda inestimável durante a coleta, o simpático França me contou dos problemas que o mexilhão dourado causa para os pescadores da região: é incrustação danificando barcos e materiais de pesca o ano todo! E o seu França está certo: estimativas afirmam que os gastos anuais devido aos danos causados no sul do Brasil unicamente por causa deste bivalve podem chegar a R$1 milhão! 

Meu projeto de doutorado, que desenvolvo no Laboratório de Biologia Molecular Ambiental (BioMA) do Instituto de Biofísica (IBFFC) da UFRJ, envolve o sequenciamento do genoma deste mexilhão. Você nunca ouviu falar dele? Há um outro texto deste blog, este aqui, que conta um pouquinho mais da história deste bivalve invasor.

A ideia é entender, a partir da montagem do genoma, quais características adaptativas facilitam o sucesso desta espécie como uma invasora tão eficiente!

O mexilhão dourado é chamado de “engenheiro de ecossistemas”, pois ele transforma os novos locais onde é introduzido, via de regra causando uma homogeneização do local, ou diminuição da biodiversidade. E nós não queremos isso, né? Nós achamos que quanto mais diverso e diferente melhor, certo?

Este mexilhão ainda não está presente em águas amazônicas, e meu projeto de doutorado faz parte de uma iniciativa maior para não deixar que ele chegue até lá! Nos próximos dias, você vai saber, através deste blog, de qual maneira poderá nos ajudar nesta empreitada pela manutenção da biodiversidade amazônica! Fique de olho! 

O mexilhão dourado e seu transcriptoma

Há algumas semanas, entre os dias 25 e 30 de setembro, vivi bons momentos entre amigos em um verdadeiro paraíso tropical; a praia pernambucana Porto de Galinhas. Não, não estava lá para tirar as boas e merecidas férias. Mas fui por um outro motivo também fortemente motivador, a ciência; fui participar do XII Congresso Brasileiro de Ecotoxicologia.

Minha participação envolveu uma breve apresentação do meu próprio trabalho de mestrado. Já expliquei aqui nesse blog brevemente que estou estudando a genética de dois moluscos bivalves, o mexilhão de água doce invasor Limnoperna fortunei e o marinho Perna perna.

Estou montando um perfil transcriptômico para ambas as espécies. Montar um transcriptoma é parecido com montar um genoma, que tenho certeza que você já ouviu falar sobre. A diferença é que um transcriptoma representa apenas uma parte do genoma; a que contém os genes. O genoma inteiro possui várias regiões chamadas não codificantes, que representam um desafio na montagem. Com o transcriptoma, não estamos preocupados com esta parte.

E porque estou fazendo isso? A razão para sequenciarmos e mapearmos os genes para ambas as espécies é diferente entre si. Este post trata das razões pelas quais estou montando o transcriptoma de Limnoperna fortunei, o mexilhão dourado.

Na verdade, muitas pessoas já ouviram falar dele. Este organismo é um invasor asiático, presente em águas sul americanas desde o início da década de 1990. Ninguém sabe ao certo, mas temos boas razões para imaginar que o mexilhão dourado fez sua viagem da Ásia até aqui em água de lastro de algum navio. Em 1991, pesquisadores encontraram os primeiros espécimes no porto de Buenos Aires, na Argentina. E, desde então, ninguém conseguiu impedí-lo de se estabelecer por aqui! Atualmente ele está presente nos maiores rios da América do Sul, como os rios da Prata, Uruguai, Paraguai e Paraná. Também anda infestando o lago Guaíba, no sul do Brasil, e alguns outros rios e lagos da região. A distribuição limite norte do mexilhão dourado é a cidade de Cáceres. Adivinhe? No coração do Pantanal Brasileiro.

Ok. Temos um mexilhão novo em nossas águas. E daí?

Vários 'daís'. Dentre as diferentes características biológicas que este mexilhão possui e que facilitam seu sucesso como invasor, uma bastante marcante é a capacidade de produzir densas populações. Quando esta espécie foi encontrada pela primeira vez na Argentina, em 1991, a densidade da população era de 5 organismos / m². Em 2002, este número chegou a 150 mil organismos / m². É, é muito mexilhão junto! 

E este é um dos motivos que tem dado dor de cabeça às companhias de abastecimento de água e usinas hidrelétricas. A larva de L. fortunei é planctônica (e por isso, muito pequena!!). Através delas ele consegue ultrapassar filtros e grades desses estabelecimentos e acaba se alojando em localidades onde o impacto da água não é tão severo. No caso das usinas hidroelétricas, são os trocadores de calor. Uma vez lá, eles começam a crescer sem parar, resultando nisso!

O que você vê aí é uma turbina de usina hidrelétrica infestada de mexilhões dourados! Já pensou? Pois é, com essa dispersão toda pela América do Sul, o mexilhão já chegou em grandes usinas como Itaipu, e à sistemas de várias companhias de abastecimento de água da Argentina. Os gastos econômicos que ele tem causado não têm sido desprezíveis!

Mas se um mexilhãozinho como este tem a capacidade de se reproduzir desta forma empatando o trabalho das usinas, já pensou o que ele pode fazer ao meio ambiente? Pense, uma vez introduzido em novas águas, ele rapidamente começa a se reproduzir, aderindo em qualquer superfície que 'vê' pela frente. Vários cientistas tem prestado atenção nele, e muitas mudanças nos ecossistemas onde ele se insere já foram noticiadas. O mexilhão dourado é considerado um engenheiro de ecossistemas. Isso significa que ele modifica os ambientes onde vive. Aqui nas águas sul americanas, suas densas populações têm diminuído os números de algumas populações artrópodes, uma vez que o mexilhão literalmente cresce em cima destes e os mata por asfixia. Por outro lado, sua farta presença tem aumentado substancialmente a população de certos peixes, uma vez que ele se tornou um novo, suculento e disponibilíssimo menu alimentar!

Não quero me alongar muito, porque sei que você tem outras coisas para ler/fazer, mas uma coisa preciso afirmar: todos os estudos considerando o mexilhão dourado um engenheiro de ecossistemas e analisando as modificações que ele tem causado em seu caminho de invasão confirmam; a presença de tal molusco diminui a biodiversidade das áreas invadidas. E você quer saber de uma coisa? A partir de Cáceres, seu ponto final de distribuição até então, ele só tem que percorrer em torno de 150 km até chegar ao rio Téles Pires, que por sua vez, se encontra com o Rio Tapajós, já pertencente a Bacia Amazônica. Isso. Ele está a 'um pulinho' de invadir águas amazônicas, águas essas que guardam a maior biodiversidade aquática do mundo. Do mundo inteiro!

E por essa razão, chegamos ao motivo do meu mestrado. Minha intenção, montando o quebra cabeça dos genes desta espécie, é entender melhor a biologia do mexilhão dourado. O que ele tem que o faz capaz de se estabelecer em rios tão distantes uns dos outros? Como é possível que ele tenha sobrevivido todo o caminho da Ásia até aqui? E que história é essa de sair se fixando em tudo quanto é superfície e criando aquelas populações imensas?

Se acharmos respostas para algumas dessas questões, é possível que encontremos a maneira de conter esta invasão.

Um estudo de montagem de quebra cabeças deste tipo já mostrou que os genomas e transcriptomas tem muito a acrescentar em lutas como esta. Recentemente foi publicado na Nature, revista científica de alta relevância, o genoma da ostra-do-pacífico, de nome científico Cassostrea gigas. Este outro molusco bivalve, parente do mexilhão dourado, também se adapta bem a diferentes ambientes aquáticos. Uma das características mais marcantes é sua resistência a longos períodos desabrigado da água, devido às marés. Pois bem, os cientistas chineses estudando este animal já notaram que ele possui uma grande quantidade de proteínas de choque térmico, proteínas estas responsáveis por manter o metabolismo do organismo saudável em situações de estresse. Repare, enquanto os seres humanos possuem apenas 17 dessas proteínas, esses bivalves possuem 39.

Interessante, não? E é este tipo de investigação que eu e meu grupo de trabalho, na Universidade Federal do Rio de Janeiro, estamos fazendo também para o mexilhão dourado. Qual tipo de proteínas ele possui que podem estar ajudando nesta atividade invasora? E melhor, quais dessas proteínas, essenciais para sua vida, podem ser alvos de estratégias de controle dessa invasão?

Estamos em reta final na busca por respostas à essas perguntas. Além disso, gostaria de dedicar três linhas deste post à prosear sobre a maravilha da biologia destes bivalves. Animais tão simples como a ostra-do-pacífico e o mexilhão dourado capazes de tanto! A ostra, que comemos rotineiramente e nem se quer a admiramos um minuto por poder passar tanto tempo fora da água (Quanto tempo mesmo que os seres humanos conseguem ficar sem respirar? 5 minutos, no máximo?). E o mexilhão dourado, desbravando águas nunca antes exploradas com tanto sucesso! 

Já chegamos a lua, mas sabemos tão pouco sobre organismos que estão tão intimamente relacionados conosco em nosso dia-a-dia! Neste momento, pelo menos, nossos cientistas e nossa bela ciência precisam ter humildade suficiente e admitir com entusiamo: temos muito ainda o que aprender!