Laurent Fargues e Peter Scholze descobriram uma maneira nova e mais poderosa de conectar a teoria dos números e a geometria como parte do amplo programa de Langlands.
Quando a microbiologista Jillian Banfield e seus colegas começaram a vasculhar amostras de lama de ambientes pantanosos há três anos, eles tinham um objetivo específico em mente: recuperar e analisar fragmentos de DNA de grandes vírus que matam bactérias. E eles fizeram. Mas eles também encontraram algo inesperado. Parte do DNA nessas amostras não era imediatamente reconhecível como proveniente de vírus, arquéias ou outras fontes celulares conhecidas. Em vez disso, as estruturas genômicas pareciam ser “distintas de tudo o que já foi visto antes”, disse Banfield.
Em um novo estudo postado no início deste mês no servidor de pré-impressão biorxiv.org, Banfield e seus colegas da Universidade da Califórnia, Berkeley anunciaram a existência dessas entidades estranhas. (O trabalho ainda precisa ser revisado por pares.) Os pesquisadores são francos ao reconhecer que o que eles descobriram pode ser algum novo tipo de vírus gigante, plasmídeo ou cromossomo bizarro. Mas eles também sugerem que o DNA pode pertencer a algo totalmente diferente: o que eles apelidaram de Borgs. Assim como a espécie alienígena em Star Trek “assimila” indivíduos em uma mente coletiva, esses elementos desconhecidos podem integrar genes de suas células hospedeiras em seu próprio DNA, de acordo com Basem Al-Shayeb, um estudante graduado no laboratório de Banfield.
Até agora, outros cientistas geralmente parecem relutantes em abraçar a interpretação mais extraordinária do que são os Borgs. Mas eles concordam que mesmo as interpretações mais mundanas mostram quão pouco se sabe sobre as categorias de diversidade genética na natureza. Ele destaca a necessidade de “começar a pensar sobre diferentes entidades genéticas [em] um continuum”, disse Cédric Feschotte, biólogo molecular da Universidade Cornell que não esteve envolvido no novo trabalho. Esse tipo de pensamento pode abrir um mundo de possibilidades para o que entendemos sobre a natureza do genoma, como funcionam os micróbios e onde procurar aplicações biotecnológicas em potencial.
Quando Banfield e sua equipe encontraram pela primeira vez as sequências de DNA desconhecidas, eles ficaram “surpresos ao encontrar esses elementos com mais de 900.000 bases de comprimento”, disse Al-Shayeb. “E a maioria dos genes codificados ali eram completamente desconhecidos.” Isso deixou aos pesquisadores relativamente poucas pistas genéticas sobre o que os borgs eram, ou o que eles poderiam estar fazendo.
A análise revelou que as sequências gigantescas residem em um grupo de arquéias “metanotróficas”, que metabolizam o metano. As sequências pareciam estar dentro das células, mas separadas do genoma do hospedeiro. No entanto, isso só aprofundou o mistério porque os elementos tinham uma combinação paradoxal de características que os tornava difíceis de categorizar. As sequências de DNA não podiam fazer parte do genoma normal das arquéias: sua composição de pares de bases era muito diferente e eles eram lineares, não circulares como os cromossomos das arquéias. Mas eles também eram maiores do que os tipos extracromossômicos de DNA, como os plasmídeos e os vírus costumam ser. A maior das sequências, por exemplo, era mais longa do que o genoma do maior bacteriófago conhecido. Na verdade, as sequências tinham quase um terço do tamanho dos genomas de suas arquéias hospedeiras. Nada disso parecia se alinhar com o que Banfield e seus colegas esperavam ver em elementos genéticos conhecidos, como cromossomos, vírus ou plasmídeos.
O conteúdo das sequências também era desconcertante. Eles pareciam carregar genes das arquéias que habitavam – incluindo genes envolvidos no metabolismo do metano, síntese de proteína ribossômica, estrutura da parede celular, utilização de nitrogênio e transferência extracelular de elétrons. Os genes para muitas dessas funções geralmente não estão localizados em elementos marginais fora dos cromossomos das células. Em alguns casos, as sequências pareciam ter coletado pedaços de DNA umas das outras. Os pesquisadores até viram indícios de que os borgs às vezes podem ser transferidos entre arquéias diferentes, o que lhes permitiria transportar genes de um hospedeiro para outro.
Embora Banfield ainda não tenha descartado a possibilidade de que os Borgs sejam um vírus ou plasmídeo muito grande, ela levanta a hipótese de que eles podem representar um tipo inteiramente novo de elemento genético – “não porque eles têm qualquer característica única que é única, mas por causa da combinação de recursos”, disse ela. Talvez, ela acrescentou, eles próprios já tenham sido arquéias independentes, apenas para se tornarem um novo sabor de endossimbionte, diferente de mitocôndrias ou cloroplastos.
Outros cientistas estão ainda menos dispostos a ir tão longe. “Neste ponto, pode muito bem ser um plasmídeo”, disse Thijs Ettema, microbiologista da Universidade de Wageningen, na Holanda, que não participou do estudo. “Um novo tipo de plasmídeo, e talvez um tipo muito interessante de plasmídeo, mas mesmo assim um plasmídeo.” Plasmídeos lineares não foram encontrados anteriormente em arquéias, mas em seu tamanho e composição genética, os Borgs se parecem muito com alguns plasmídeos lineares massivos descobertos há uma década em bactérias.
Com esse trabalho bacteriano em mente, “nada se destacou como surpreendentemente inesperado”, disse Mart Krupovic, virologista do Instituto Pasteur em Paris, que concorda que os Borgs são provavelmente um novo megaplasmídeo arquea. Mas, ele acrescentou, sua descoberta amplia a diversidade de elementos genéticos associados a alguns dos micróbios mais misteriosos do planeta. Além disso, alguns plasmídeos podem evoluir para se tornarem indispensáveis ??ao hospedeiro, fazendo a transição para algo que atua mais como um cromossomo. Dado seu tamanho, os borgs “podem estar a caminho de se tornarem cromossomos adicionais para essas arquéias”, disse Krupovic.
Por outro lado, Feschotte vê paralelos entre os Borgs e os vírus gigantes. “Vou deixar esse [relatório] afundar um pouco mais”, disse ele, mas “honestamente, ficaria muito surpreso se eles não fossem virais”. Nesse caso, “seria provável que eles definissem uma nova classe de vírus”.
No entanto, independentemente do que os Borgs acabem sendo, seu dito significado real está em ressaltar “que a fronteira entre essas diferentes entidades genéticas é realmente fluida”, Feschotte. No gradiente ou continuum desses elementos, a equipe de Banfield “pode ??ter encontrado algo um pouco intermediário entre, digamos, um cromossomo e um vírus” ou um cromossomo e um plasmídeo, disse ele. “E isso seria legal.”
Krupovic concordou com esse ponto, sugerindo que os borgs podem estar preenchendo ?uma lacuna na continuidade? entre características parasíticas, simbióticas e genômicas padrão. “Eles aumentam nossa compreensão de como os elementos [genéticos] podem ser diversos, em termos de estrutura do genoma, em termos de tamanho, em termos de organismos onde podem ser encontrados”, disse ele. A existência dos Borgs pode significar que muitas outras entidades de DNA neste espectro ainda podem ser descobertas, e que algumas podem já estar nos dados coletados pelos cientistas, apenas esperando para serem descobertas.
Se isso for verdade, archaea seria um bom lugar para procurá-los porque “é aí que está grande parte da loucura”, disse Feschotte. Al-Shayeb observou que, em comparação com eucariotos e bactérias, arqueas são pouco estudadas e subestimadas. “Algumas arquéias nem mesmo se dividem em duas células; eles se dividem em três. Existem muitos, muitos mistérios em archaea”, disse ele.
Na verdade, parte da razão pela qual demorou tanto para descobrir os borgs é que suas arquéias hospedeiras, como quase todas as espécies conhecidas, nunca foram cultivadas em um laboratório. Em vez disso, Banfield e seus colegas confiaram em métodos metagenômicos, costurando cuidadosamente trilhões de minúsculos fragmentos de DNA para remontar sequências completas.
“Começamos com lama e uma pequena sequência de DNA e montamos essa história”, disse Banfield. “É incrível o que você pode fazer hoje em dia com a bioinformática.”
Mas uma limitação é que tudo o que os pesquisadores sabem sobre os Borgs é uma inferência dos dados genéticos; eles não foram capazes de ver ou experimentar em Borgs para confirmar nada ainda. Eles não podem nem mesmo descartar totalmente a possibilidade de que os Borgs sejam subprodutos ilusórios das técnicas de reconstrução do genoma utilizadas. No futuro, análises metagenômicas adicionais e tentativas adicionais de cultivar suas arquéias hospedeiras serão cruciais para entender o que são as sequências e o que elas fazem.
Banfield, Al-Shayeb e seus colegas especularam em seu artigo que, como alguns Borgs carregam genes para a oxidação do metano, os elementos genéticos podem um dia ser úteis para modificar as células para remover o metano do meio ambiente e ajudar a conter as mudanças climáticas. “Mas ainda não chegamos lá”, disse Ettema. Os cientistas primeiro precisarão determinar se os genes nos Borgs são expressos antes de começarem a examinar as aplicações e impactos potenciais sobre o meio ambiente.
Muitas outras linhas de pesquisa podem ser frutíferas muito mais cedo. “Há um enorme estoque de genes que ainda precisam ser explorados” nos Borgs, disse Banfield. “Tenho certeza de que há muito a ser descoberto – funções que serão descobertas que ainda nem imaginamos.”
“O que mais não é tão óbvio, mas ainda está escondido à vista de todos?” Feschotte perguntou. Para ele, o novo trabalho com os Borgs é inspirador. ?Isso me faz querer sair e querer olhar para mim mesma. Eu quero jogar também. ”
Publicado em 25/07/2021 10h39
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