2016-08-22

Subject: Os monstros esperançosos da CRISPR

Os monstros esperançosos da CRISPR

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@ Nature/Field Museum Library/Getty Images

Desde 1893 que os jovens biólogos evolutivos e do desenvolvimento passam o Verão no Woods Hole, Massachusetts, para aperfeiçoarem a sua arte. No seu famoso Laboratório Marinho de Biologia, os estudantes do curso de embriologia habitualmente observam e dissecam mas nos últimos 3 anos têm aprendido algo novo: edição genética.

A precisa e eficiente técnica de edição genética CRISPR–Cas9 já tomou conta dos laboratórios de ciências da vida mas agora está a tomar também os de evolução e desenvolvimento, o campo que tenta explicar as alterações do desenvolvimento que estão por trás das adaptações evolutivas.

Em vez de apenas inferir o que causou as transições históricas, como de que forma o peixes desenvolveram patas, os cientistas podem verificar as suas hipóteses diretamente com a CRISPR. A ideia é simples: cortar os genes que se pensa estarem envolvidos na construção das barbatanas e ver se o peixe desenvolve algo semelhante a patas.

É exatamente o que os investigadores agora relatam na revista Nature, usando a CRISPR para ajudar a explicar como os peixes desenvolveram patas e começaram a andar. Outros usaram a técnica para determinar de que forma as borboletas desenvolveram a sua soberba visão a cores e como os crustáceos obtiveram as suas garras.

“A CRISPR é uma revolução para toda a biologia mas para a evolução e desenvolvimento é transformadora”, diz Arnaud Martin, biólogo da evolução do desenvolvimento na Universidade George Washington em Washington DC. “Podemos fazer coisas que não éramos capazes antes."

Neil Shubin, paleontólogo e biólogo do desenvolvimento da Universidade de Chicago, Illinois, usou a edição genética para examinar de que forma as pontas das barbatanas os peixes (os raios) foram substituídas por patas e dedos nos tetrápodes.

Ainda que os investigadores saibam que os peixes antigos desenvolveram patas, Shubin liderou a equipa que, em 2004, descobriu o fóssil com 375 milhões de anos que pareceu capturar essa transição, eles também pensavam que a pata era uma novidade evolutiva sem nenhum equivalente nos peixes pois os raios e as patas são formados por diferentes tipos de ossos.

Mas Shubin diz que a edição genética o fez mudar de ideias. A sua equipa usou a CRISPR para modificar peixes-zebra sem várias combinações de vários genes hox13, genes que os investigadores já consideravam desempenhar um papel importante na formação dos raios das barbatanas.

Nenhum dos mutantes desenvolveu patas propriamente ditas, salienta Shubin, mas alguns tinham barbatanas com dedos, formados com o mesmo tipo de ossos que os dos tetrápodes: “Como paleontólogo estudei que estes dois tipos de ossos não tinham qualquer relação evolutiva ou de desenvolvimento mas estes resultados desafiam essa ideia."

O peixe-zebra é um organismo modelo popular, cujo genoma é regularmente manipulado em laboratório mas a CRISPR veio acelerar as experiências de Shubin. Um próximo passo será cortar os genes hox13 em espécies de  peixes mais parecidos com os antigos que desenvolveram patas, dizem Aditya Saxena e Kimberly Cooper, biólogas do desenvolvimento na Universidade da Califórnia, San Diego. Essas experiências são agora possíveis graças à CRISPR, dizem elas.

Não há razões ara duvidar que a técnica também funcione com espécies mais isotéricas: “A CRISPR parece funcionar universalmente", diz Martin, que a aplicou com sucesso ao crustáceo marinho Parhyale hawaiensis, que está a ganhar popularidade nos estudos de evolução e desenvolvimento.

Num artigo publicado em Janeiro, ele e o seu colega Nipam Patel, da Universidade da Califórnia, Berkeley, descobriram que inativando diferentes genes Hox na espécie conseguem baralhar o desenvolvimento de apêndices especializados, como as antenas ou as garras. Se os cientistas conseguirem criar o animal em laboratório de forma a ter acesso aos seus ovos, deverão ser capazes de usar a CRISPR, diz Martin.

Essa flexibilidade é importante para os investigadores da biologia do desenvolvimento e evolutiva, diz Claude Desplan, neurobiólogo do desenvolvimento na Universidade de Nova Iorque, e cuja equipa aplicou a CRISPR a borboletas num artigo publicado no mês passado, para testar uma teoria sobre como os fotorrecetores dos seus olhos detetam um espetro mais largo de cores que outros insetos. Eles também já estão a aplicar técnica a vespas e formigas.

Até agora, os investigadores em biologia evolutiva e do desenvolvimento têm-se focado na utilização da CRISPR para eliminar a atividade de certos genes ou introduzir outros, como o que codifica a proteína fluorescente verde, mas Martin espera que rapidamente se comece a usar esta ferramenta para alterar de forma precisa o DNA de animais como forma de testar ideias sobre alterações genéticas específicas. Essas incluem alterações a sequências reguladoras de DNA que influenciam onde e quando um gene está ativo, o que pode ter contribuído para adaptações como as patas dos tetrápodes.

Os investigadores também podem propor ideias sobre as sequências de DNA dos organismos de transição e inseri-las em animais vivos com a CRISPR, diz Bhart-Anjan Bhullar, paleontólogo na Universidade de Yale em New Haven, Connecticut. No ano passado, a sua equipa usou compostos químicos para modificar as vias de desenvolvimento em galinhas que pensavam ajudaram a criar, a partir dos focinhos dos dinossauros terópodes, os bicos das aves modernas. Ele espera agora fazer essas experiências com a CRISPR: "as coias simplesmente funcionam com esta técnica", diz ele. "Rapidamente isto vai passar a ser o standard na biologia evolutiva do desenvolvimento."

 

 

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