A visão comum da hereditariedade é que todas as informações passadas de uma geração para a seguinte são armazenadas no DNA de um organismo. Mas Antony Jose, professor associado de biologia celular e genética molecular da Universidade de Maryland, discorda.
Em dois novos artigos, Jose argumenta que o DNA é apenas a lista de ingredientes, não o conjunto de instruções usadas para construir e manter um organismo vivo. As instruções, diz ele, são muito mais complicadas e são armazenadas nas moléculas que regulam o DNA de uma célula e outros sistemas funcionais.
Jose delineou um novo arcabouço teórico para a hereditariedade, desenvolvido ao longo de 20 anos de pesquisa em genética e epigenética, em artigos revisados por pares no Journal of the Royal Society Interface e no periódico BioEssays. Ambos os artigos foram publicados em 22 de abril de 2020.
O argumento de Jose sugere que os cientistas podem estar ignorando importantes avenidas para estudar e tratar doenças hereditárias, e as crenças atuais sobre a evolução podem se concentrar excessivamente no papel do genoma, que contém todo o DNA de um organismo.
“O DNA não pode ser visto como o ‘plano’ da vida”, disse Jose. “É, na melhor das hipóteses, uma lista de ingredientes sobrepostos e potencialmente embaralhados que é usada de maneira diferente por células diferentes em momentos diferentes”.
Por exemplo, o gene para a cor dos olhos existe em todas as células do corpo, mas o processo que produz a proteína para a cor dos olhos ocorre apenas durante um estágio específico de desenvolvimento e apenas nas células que constituem a parte colorida dos olhos. Essa informação não é armazenada no DNA.
Além disso, os cientistas são incapazes de determinar a forma complexa de um órgão, como um olho, ou que uma criatura terá olhos, lendo o DNA da criatura. Esses aspectos fundamentais da anatomia são ditados por algo fora do DNA.
José argumenta que esses aspectos do desenvolvimento, que permitem que um óvulo fertilizado cresça de uma única célula para um organismo complexo, devem ser vistos como parte integrante da hereditariedade. A nova estrutura de Jose reformula a hereditariedade como um sistema complexo de informações em rede, no qual todas as moléculas reguladoras que ajudam a célula a funcionar podem constituir um estoque de informações hereditárias.
Michael Levin, professor de biologia e diretor do Centro Tufts de Biologia Regenerativa e do Desenvolvimento e do Allen Discovery Center da Universidade Tufts, acredita que a abordagem de Jose poderia ajudar a responder muitas perguntas não abordadas pela visão atual da biologia centrada no genoma. Levin não estava envolvido com nenhum dos trabalhos publicados.
“Compreender a transmissão, armazenamento e codificação de informações biológicas é um objetivo crítico, não apenas para a ciência básica, mas também para avanços transformadores na medicina regenerativa”, disse Levin. “Nestes dois artigos, Antony Jose aplica com maestria uma abordagem de ciência da computação para fornecer uma visão geral e uma análise quantitativa de possíveis dinâmicas moleculares que poderiam servir como um meio para informações herdadas”.
José propõe que instruções não codificadas no DNA estejam contidas no arranjo das moléculas dentro das células e em suas interações umas com as outras. Esse arranjo de moléculas é preservado e passado de uma geração para a seguinte.
Em seus trabalhos, a estrutura de Jose reformula a herança como os efeitos combinados de três componentes: entidades, sensores e propriedades.
As entidades incluem o genoma e todas as outras moléculas dentro de uma célula que são necessárias para construir um organismo. As entidades podem mudar com o tempo, mas são recriadas com sua estrutura original, arranjo e interações no início de cada geração.
“Esse aspecto da hereditariedade, que o arranjo de moléculas é semelhante ao longo das gerações, é profundamente subestimado e leva a todo tipo de mal-entendido sobre como a hereditariedade funciona”, disse Jose.
Sensores são entidades específicas que interagem e respondem a outras entidades ou ao seu ambiente. Os sensores respondem a certas propriedades, como o arranjo de uma molécula, sua concentração na célula ou sua proximidade com outra molécula.
Juntas, entidades, sensores e propriedades permitem que um organismo vivo sinta ou “saiba” coisas sobre si e seu ambiente. Parte desse conhecimento é usado junto com o genoma em todas as gerações para construir um organismo.
“Essa estrutura é construída com base em anos de pesquisa experimental em muitos laboratórios, incluindo o nosso, sobre epigenética e silenciamento genético multigeracional, combinados com nosso crescente interesse pela biologia teórica”, afirmou Jose. “Como duas pessoas que contraem a mesma doença não apresentam necessariamente os mesmos sintomas, precisamos realmente entender todos os lugares em que duas pessoas podem ser diferentes – não apenas seus genomas”.
A loucura de manter uma visão centrada no genoma da hereditariedade, de acordo com Jose, é que os cientistas podem estar perdendo oportunidades de combater doenças hereditárias e entender os segredos da evolução.
Na medicina, por exemplo, a pesquisa sobre por que as doenças hereditárias afetam os indivíduos concentra-se de maneira diferente nas diferenças genéticas e nas diferenças químicas ou físicas das entidades. Mas essa nova estrutura sugere que os pesquisadores deveriam procurar diferenças não genéticas nas células de indivíduos com doenças hereditárias, como o arranjo de moléculas e suas interações. Atualmente, os cientistas não têm métodos para medir algumas dessas coisas; portanto, este trabalho aponta para novos caminhos potencialmente importantes para a pesquisa.
Na evolução, a estrutura de Jose sugere que os organismos poderiam evoluir através de mudanças no arranjo das moléculas sem mudanças na sequência de DNA. E na ciência da conservação, este trabalho sugere que as tentativas de preservar espécies ameaçadas apenas através de bancos de DNA estão perdendo informações críticas armazenadas em moléculas que não são de DNA.
José reconheceu que haverá muito debate sobre essas idéias e são necessárias experiências para testar suas hipóteses. Mas, ele disse, o feedback preliminar de cientistas como Levin e outros colegas tem sido positivo.
“A generalização da memória e codificação de Antony Jose por meio da estrutura de entidade-sensor-propriedade lança novas idéias sobre evolução e complexidade biológica e sugere importantes revisões dos paradigmas existentes em genética, epigenética e desenvolvimento”, disse Levin.
Publicado em 27/04/2020 12h38
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