Um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisadores de Israel e Gana trouxe a primeira evidência de mutação não aleatória em genes humanos, desafiando uma suposição central no coração da teoria evolutiva, mostrando uma resposta mutacional direcional de longo prazo à pressão ambiental. Usando um novo método, pesquisadores liderados pelo professor Adi Livnat, da Universidade de Haifa, mostraram que a taxa de geração da mutação HbS, que protege contra a malária, é maior em pessoas da África, onde a malária é endêmica, do que em pessoas da Europa. onde não está.
“Por mais de um século, a principal teoria da evolução foi baseada em mutações aleatórias. Os resultados mostram que a mutação HbS não é gerada aleatoriamente, mas se origina preferencialmente no gene e na população onde é de importância adaptativa”, disse Prof. Livnat. Ao contrário de outras descobertas sobre a origem da mutação, essa resposta específica da mutação a uma pressão ambiental específica não pode ser explicada pelas teorias tradicionais. “Nós levantamos a hipótese de que a evolução é influenciada por duas fontes de informação: informação externa que é a seleção natural e informação interna que é acumulada no genoma através das gerações e impacta a origem de mutações”, disse Livnat.
Desde Darwin sabemos que a vida surgiu por evolução. Mas como, exatamente, a evolução – em toda a sua grandeza, mistério e complexidade – acontece? No século passado, os cientistas assumiram que as mutações ocorrem por acidente no genoma e que a seleção natural, ou a sobrevivência do mais apto, favorece acidentes benéficos. O acúmulo desses supostos acidentes genéticos sob a seleção natural ao longo dos milênios leva, por sua vez, a adaptações, desde o olho afiado do falcão até o sistema cardiovascular humano.
Embora amplamente difundida na comunidade científica, essa visão sempre deixou em aberto questões fundamentais, como o problema da complexidade. A acumulação sequencial de pequenas mudanças aleatórias, cada uma benéfica por si só, pode levar dentro do espaço de tempo disponível à evolução de adaptações tão surpreendentemente complexas e impressionantes como vemos ao nosso redor na natureza, como olhos, cérebros ou asas, onde partes complementares se entrelaçam? em um todo complexo? No entanto, a única alternativa no nível fundamental concebida até agora consistia em variantes do lamarckismo – a ideia de que os organismos podem de alguma forma responder diretamente a seus ambientes imediatos com mudanças genéticas benéficas. Como o lamarckismo não funcionou em geral, a noção de mutação aleatória permaneceu a visão predominante.
A fim de distinguir entre a explicação da mutação aleatória e da seleção natural e a possibilidade de que a mutação não aleatória seja importante, o Prof. Livnat e seu gerente de laboratório, Dr. Daniel Melamed, desenvolveram um novo método para detectar mutações de novo – mutações que surgem o azul” na prole sem ser herdado de nenhum dos pais. Ao quebrar um novo recorde de precisão, seu método permitiu algo que antes não era possível – a contagem de mutações de novo para pontos específicos de interesse no genoma.
Eles então aplicaram seu método para examinar o surgimento de novo da mutação da hemoglobina humana S (HbS), talvez a mutação pontual mais conhecida em biologia e evolução. A HbS fornece proteção contra a malária para pessoas com uma cópia, mas causa anemia falciforme em pessoas com duas. A própria malária, uma doença do sangue transmitida por vetores, tem sido, sem dúvida, a mais forte pressão de seleção atuando em humanos nos últimos 10.000 anos, muitas vezes causando mais de um milhão de mortes por ano na África no passado recente. A HbS também é usada como um exemplo central de mutação aleatória e seleção natural na evolução: há muito se supõe que surgiu acidentalmente em um indivíduo na África subsaariana e depois se espalhou pela África por meio da seleção natural até que seus benefícios de proteção contra a malária fossem equilibrados por seus custos de anemia falciforme.
Ao examinar a origem de novo da HbS, Livnat foi capaz de desvendar pela primeira vez se a mutação protetora da malária surge aleatoriamente e se espalha na África apenas por causa da pressão de seleção ou, em vez disso, se poderia realmente estar originando de novo com mais frequência em sub- Africanos do Saara – um grupo que tem sido sujeito a intensa pressão de seleção da malária por muitas gerações. Se a mutação for aleatória, então deve ter a mesma probabilidade de surgir em ambos os grupos geográficos. No entanto, se a mutação não for aleatória, talvez ela realmente surja com mais frequência em africanos.
“Há pelo menos duas razões possíveis para que tal pergunta não tenha sido feita antes”, explica o Prof. Livnat. “Primeiro, assumiu-se que a mutação é aleatória. Em segundo lugar, mesmo que alguém quisesse fazer tal pergunta, não teria sido possível com os métodos anteriores.”
Ao contrário das expectativas amplamente aceitas, os resultados apoiaram o padrão não aleatório. A mutação HbS originou-se de novo não apenas muito mais rápido do que o esperado da mutação aleatória, mas também muito mais rápido na população (em africanos subsaarianos em oposição aos europeus) e no gene (na beta-globina em oposição ao delta de controle -globina gene) onde é de importância adaptativa. Esses resultados derrubam o exemplo tradicional de mutação aleatória e seleção natural, transformando-o em um exemplo de mutação não aleatória, mas não lamarckiana.
“As mutações desafiam o pensamento tradicional. Os resultados sugerem que a informação complexa que é acumulada no genoma ao longo das gerações impacta a mutação e, portanto, as taxas de originação específicas da mutação podem responder a longo prazo a pressões ambientais específicas”, disse o Prof. Livnat. Estudos anteriores, motivados pelo lamarckismo, testaram apenas uma resposta mutacional imediata às pressões ambientais. “As mutações podem ser geradas não aleatoriamente na evolução, mas não da maneira anteriormente concebida. Devemos estudar as informações internas e como ela afeta a mutação, pois abre a porta para que a evolução seja um processo muito maior do que o concebido anteriormente”, concluiu Livnat. .
Até agora, os pesquisadores estavam limitados pela tecnologia a medir as taxas de mutação como médias em muitas posições no genoma. Superando essa barreira, o novo método desenvolvido por Livnat e Melamed permitiu que a mutação HbS fosse a primeira a ter sua taxa de origem específica da mutação medida, abrindo novas perspectivas para estudos sobre a origem da mutação. Esses estudos têm o potencial de afetar não apenas nossa compreensão fundamental da evolução, mas também nossa compreensão de doenças causadas por mutações, como doenças genéticas e câncer.
Publicado em 03/02/2022 10h08
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