Com quantas letras A,C,T,G se escreve um genoma de mexilhão?

O mexilhão dourado é uma praga. E nós queremos estudar a sua genética para entendê-lo e combatê-lo. Desde o fim do financiamento coletivo, onde arrecadamos mais de R$40 mil, estamos fazendo isso!

Todo mundo já sabe que o DNA é o código da vida presente em todos os seres vivos: desde os vírus e bactérias até os seres humanos (com a exceção de alguns vírus, que tem RNA como material genético). Esse código é formado essencialmente pela sucessão de quatro letrinhas que formam pares e são na verdade a representação simplificada de nucleotídeos: os A,C,T e Gs do código genético.

Nessas letrinhas está contida toda a informação necessária para a construção e processamento das proteínas, que são os blocos de construção do nosso corpo; são os nossos tijolos. Nem todo o DNA é formado de tijolos, na verdade, eles representam apenas uma pequena porção de todo o código. Tem muito cimento codificado no DNA também, que auxilia na estruturação de todos esses tijolos. E muito DNA ainda não possui função esclarecida: talvez seja apenas a nossa ciência ignorante que não saiba para o que ele serve, mas ele também pode não servir pra nada!

De qualquer forma, o primeiro passo para estudar todas as letrinhas do genoma de uma determinada espécie, no nosso caso do mexilhão dourado, é estimar quantas elas são: quantas letrinhas em sucessão presentes nos diversos cromossomos da espécie são necessárias para construir um mexilhão dourado?

Uma forma científica de fazer isso é comparando a quantidade de DNA presente no núcleo do mexilhão com a quantidade de DNA presente no núcleo das células de outras espécies as quais já conhecemos o tamanho do genoma, por exemplo, os seres humanos.

E foi exatamente esse experimento que desenvolvemos: através de várias técnicas de biologia molecular nós coramos o material nuclear de ambas as espécies, mexilhão dourado e humanos, e um instrumento chamado citômetro de fluxo mediu a fluorescência do corante que tingiu o DNA celular. No núcleo da célula este corante se liga apenas ao DNA e proporcionalmente, dessa forma, o sinal da fluorescência é confiável (se você for cientista e quiser detalhes do protocolo, acesse nosso protocolo online em http://goo.gl/9eulBB).

Nós já sabemos que o genoma humano possui 3 bilhões de letrinhas. O pico de fluorescência do genoma do mexilhão dourado é 3,8 vezes menor que o pico de fluorescência das células humanas. Isso significa que o genoma de L. fortunei é 3,8 vezes menor que o dos humanos e possui em torno de 800 milhões de letrinhas! É letrinha pra caramba!

Como podemos ver, o genoma do mexilhão dourado é muito menor que o humano. Parece lógico, não é? Uma vez que os seres humanos são mais derivados (não é complexo, é derivado o termo correto!) que os mexilhões! Mas não é tão lógico assim não: depois que muitos genomas foram sequenciados ficou claro que o tamanho do genoma não está relacionado à complexidade do organismo. Por exemplo, o maior genoma conhecido na natureza pertence a uma planta, chamada Paris japonica que possui 15% de DNA a mais que o antigo recordista, que adivinha quem era? Um peixe! Nada de ser humano! (reportagem: http://goo.gl/CDiIDR).

.

Como falei anteriormente, os genomas são uma mistura de produtores de cimento, tijolos, argamassa, rejunte e todos os ingredientes necessários para se fazer uma casa. Mas no fim das contas, somente mudando a proporção desses ingredientes, não necessariamente adicionando ingredientes mais requintados, conseguimos construir muitas casas diferentes. E é por isso que o tamanho do genoma não tem necessariamente relação com sua complexidade. O que influencia na complexidade é o modo como cada genoma se expressa para formar cada espécie diferente.

Agora que já determinamos que precisamos montar 800 milhões de letrinhas para formar um genoma, temos muito trabalho pela frente! Vamos usar o dinheiro arrecado com o financiamento no catarse para fazer o sequenciamento; determinar a sucessão dessas letrinhas. Após isto, a bioinformática entra em cena e montaremos os genes que serão nomeados em homenagem aos colaboradores! Mexilhão dourado, você não perde por esperar: vamos desvendar o seu código!!

Esta figura mostra a dificuldade que os cientistas tiveram, e continuam tendo, para decifrar os genomas. Sequenciar as letrinhas é só a primeira parte, o mais desafiador é montar e entender as proporções dos diferentes ingredientes que formam a casa de cada espécie! 

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!