A pesquisa usa os genomas de 241 espécies e pode ser usada para apoiar resultados de saúde animal e humana.
A pesquisa liderada por uma equipe de cientistas da Escola A&M de Medicina Veterinária e Ciências Biomédicas do Texas encerra o acalorado debate científico sobre a história da diversificação dos mamíferos no que se refere à extinção dos dinossauros não aviários. Seu trabalho fornece uma resposta definitiva para a linha do tempo evolutiva dos mamíferos ao longo dos últimos 100 milhões de anos.
O estudo, publicado em 28 de abril na revista Science, faz parte de uma série de artigos divulgados pelo Projeto Zoonomia, um consórcio de cientistas de todo o mundo que está usando o maior conjunto de dados genômicos de mamíferos da história para determinar a história evolutiva do genoma humano no contexto da história evolutiva dos mamíferos. Seu objetivo final é identificar melhor a base genética para características e doenças em pessoas e outras espécies.
A pesquisa da Texas A&M University – liderada pelo Dr. William J. Murphy, professor do Departamento de Biociências Veterinárias Integrativas, e pela Dra. Nicole Foley, pesquisadora associada no laboratório de Murphy – está enraizada na filogenia, um ramo da biologia que lida com as relações evolutivas e diversificação de organismos vivos e extintos.
“O argumento central é sobre se os mamíferos placentários (mamíferos que se desenvolvem dentro das placentas) divergiram antes ou depois do evento de extinção Cretáceo-Paleogeno (ou K-Pg) que eliminou os dinossauros não aviários”, compartilhou Foley. “Ao realizar novos tipos de análises possíveis apenas devido ao enorme escopo de Zoonomia, respondemos à questão de onde e quando os mamíferos se diversificaram e evoluíram em relação à extinção em massa K-Pg.”
A pesquisa – que foi realizada com colaboradores da Universidade da Califórnia, Davis; Universidade da Califórnia, Riverside; e o Museu Americano de História Natural – conclui que os mamíferos começaram a se diversificar antes da extinção do K-Pg como resultado da deriva continental, que fez com que as massas terrestres da Terra se separassem e se juntassem novamente ao longo de milhões de anos. Outro pulso de diversificação ocorreu imediatamente após a extinção K-Pg dos dinossauros, quando os mamíferos tinham mais espaço, recursos e estabilidade.
Essa taxa acelerada de diversificação levou à rica diversidade de linhagens de mamíferos – como carnívoros, primatas e animais com cascos – que compartilham a Terra hoje.
A pesquisa de Murphy e Foley foi financiada pela National Science Foundation e faz parte do Projeto Zoonomia liderado por Elinor Karlsson e Kerstin Lindblad-Toh, do Broad Institute, que também compara genomas de mamíferos para entender a base de fenótipos notáveis – a expressão de certos genes, como olhos castanhos versus olhos azuis – e as origens da doença.
Foley apontou que a diversidade entre os mamíferos placentários é exibida tanto em suas características físicas quanto em suas habilidades extraordinárias.
“Hoje, os mamíferos representam uma enorme diversidade evolucionária – desde o voo zuninte do minúsculo morcego abelha até o planar lânguido da enorme baleia azul enquanto nada pelos vastos oceanos da Terra. Várias espécies evoluíram para ecolocar, algumas produzem veneno, enquanto outras desenvolveram resistência ao câncer e tolerância viral”, disse ela.
“Ser capaz de observar as diferenças e semelhanças compartilhadas entre as espécies de mamíferos em nível genético pode nos ajudar a descobrir as partes do genoma que são críticas para regular a expressão dos genes”, continuou ela. “Ajustar essa maquinaria genômica em diferentes espécies levou à diversidade de características que vemos nos mamíferos vivos de hoje”.
Murphy compartilhou que a filogenia resolvida de mamíferos de Foley é crucial para os objetivos do Projeto Zoonomia, que visa aproveitar o poder da genômica comparativa como uma ferramenta para a medicina humana e a conservação da biodiversidade.
“O Projeto Zoonomia é realmente impactante porque é a primeira análise a alinhar 241 genomas de mamíferos diversos de uma só vez e usar essa informação para entender melhor o genoma humano”, explicou. “O maior ímpeto para reunir esse grande conjunto de dados foi poder comparar todos esses genomas com o genoma humano e, em seguida, determinar quais partes do genoma humano mudaram ao longo da história evolutiva dos mamíferos”.
Determinar quais partes dos genes podem ser manipuladas e quais partes não podem ser alteradas sem causar danos à função do gene é importante para a medicina humana. Um estudo recente na Science Translational Medicine liderado por um dos colegas de Murphy e Foley, o geneticista da Texas A&M Dr. Scott Dindot, usou a abordagem de genômica comparativa para desenvolver uma terapia molecular para a síndrome de Angelman, um distúrbio neurogenético raro e devastador que é desencadeado pela perda da função do gene materno UBE3A no cérebro.
A equipe de Dindot aproveitou as mesmas medidas de restrição evolutiva identificadas pelo Projeto Zoonomia e as aplicou para identificar um alvo genético crucial, mas até então desconhecido, que pode ser usado para resgatar a expressão de UBE3A em neurônios humanos.
Murphy disse que expandir a capacidade de comparar genomas de mamíferos usando o maior conjunto de dados da história ajudará a desenvolver mais curas e tratamentos para doenças de outras espécies enraizadas na genética, incluindo cães e gatos.
“Por exemplo, os gatos têm adaptações fisiológicas enraizadas em mutações únicas que lhes permitem consumir uma dieta exclusivamente rica em gordura e proteína que é extremamente prejudicial para os humanos”, explicou Murphy. “Um dos belos aspectos do alinhamento de 241 espécies de Zoonomia é que podemos escolher qualquer espécie (não apenas humana) como referência e determinar quais partes do genoma dessa espécie são livres para mudar e quais não podem tolerar mudanças. No caso dos gatos, por exemplo, podemos ajudar a identificar adaptações genéticas nessas espécies que podem levar a alvos terapêuticos para doenças cardiovasculares nas pessoas”.
A filogenia de Murphy e Foley também desempenhou um papel fundamental em muitos dos artigos subsequentes que fazem parte do projeto.
“É genômica trickle-down”, explicou Foley. “Uma das coisas mais gratificantes para mim ao trabalhar como parte do projeto mais amplo foi ver quantos projetos de pesquisa diferentes foram aprimorados ao incluir nossa filogenia em suas análises. Isso inclui estudos sobre genômica de conservação de espécies ameaçadas até aqueles que analisaram a evolução de diferentes características humanas complexas”.
Foley disse que foi significativo e gratificante responder definitivamente à questão fortemente debatida sobre o momento das origens dos mamíferos e produzir uma filogenia expandida que estabelece as bases para as próximas gerações de pesquisadores.
“No futuro, esse alinhamento massivo do genoma e seu registro histórico da evolução do genoma dos mamíferos serão a base de tudo o que todos farão quando fizerem perguntas comparativas em mamíferos”, disse ela. “Isso é muito legal.”
Publicado em 06/05/2023 14h13
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