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).

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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! 

Sopa de letrinhas: genomas

Falar um pouco sobre biologia molecular e genomas era algo que estava querendo fazer já há algum tempo. Porque sempre fico imaginando o que pessoas com ocupações diversas, que não a de cientista biomolecular (como talvez você leitor), que tem seus muitos afazeres diários e pouco tempo livre pra divagar, pensa sobre essa coisa toda de genômica.

Há pouco mais de 10 anos, quando os cientistas divulgaram o mapeamento completo do genoma humano, uma grande expectativa se formou. Esparava-se que a partir de então, fossemos nos tornar capazes de curar qualquer doença de origem genética, e que era somente uma questão de tempo até que mapeássemos nossa origem e entendêssemos completamente nossa história evolutiva.  

Bem, 10 anos depois, ainda não fomos capazes de alcançar todos esses feitos. Mas estamos progredindo! Continuamos tentando dar ordem a todo esse quebra-cabeças gigante que é o estudo dos genomas, e ao mesmo tempo em que a cada dia conseguimos juntar e dar sentido às algumas peças do canto, há ainda muita peça pra se pôr no lugar.

Meu projeto de mestrado, que estou desenvolvendo nesse exato momento, também é uma tentativa de dar melhor ordem à esse quebra-cabeça. Estou montando o transcriptoma (que representa um bom pedaço do genoma, porém é um pouco menos complexo) de dois invertebrados aquáticos. Mas pra que precisamos saber do genoma de invertebrados?

Apesar de para mim, o "saber por saber" e o "entender por paixão", já serem motivos fascinantes o suficiente, talvez pra você isso não baste. A grande questão é que eu posso ter vários outros motivos (e realmente os tenho e quem sabe eles se tornarão tema de um post desse blog no futuro?), mas há uma razão grandemente inspiradora: o conhecimento do genoma de organismos menos complexos (mas nem por isso pouco complexos) com certeza nos ajuda a montar e entender nossa própria história evolutiva!

Quando os cientistas terminaram seu trabalho com o genoma humano, eles perceberam que seria necessário muito mais do que pôr em sequencia aquelas quatro letrinhas A,C,T e G. Havia ali vários padrões desconhecidos, e sem os quais não conseguiríamos chegar a conclusões muito específicas sobre nossa biologia. E foi por isso que começamos a olhar mais de perto para a genética de organismos mais simples, como o de bactérias e leveduras (que tem sido modelos clássicos de estudo da biologia por décadas!). Talvez estes possuíssem também padrões mais simples em meio a toda aquela aleatoriedade de letrinhas, e nos dariam dicas sobre nossos próprios padrões. E isso se mostrou certo!

Atualmente, os sequenciadores de nova geração baratearam muito a prática do sequencimento de genomas. Desta forma, hoje em dia é possível sequenciar também o genoma de organismos que não são famosos modelos de estudo, como os meus invertebrados aquáticos, mas que são tão interessantes quanto! É importante entender que quanto mais genomas sequenciados e estudados de espécies que estão entre as bactérias e o homem na linhagem evolutiva, mais fácil se tornará entendermos nossa estrutura molecular e o quanto ela interfere em quem realmente somos. É como num desenho de um rosto que se faz em etapas: se você simplesmente desenhar um circulo, poderá concluir que aquele desenho é muita coisa. Um sol, uma bola de futebol. Mas se, aos poucos, você incluir círculos menores formando os olhos, um rabisco no centro, indicando o nariz e incluir por fim uma linha arredondada formando um sorriso, você estará cada dia mais próximo de entender que aquele é realmente o desenho de um rosto.

Não sabemos ainda o que podemos encontra no próximo monte de letrinhas que extraírmos de uma dessas maravilhosas máquinas de sequenciar, mas posso garantir pra você que estou doida para dar uma olhada.