Um novo estudo descobriu que a evolução das espécies não é tão imprevisível como se acreditava até agora, e isso pode permitir que os cientistas explorem quais genes podem ser úteis para lidar com questões reais do mundo, como resistência a antibióticos, doenças e mudanças climáticas.
O estudo, publicado nos “Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS), desafia a crença prevalente há muitos anos sobre a imprevisibilidade da evolução e constata que a trajetória evolutiva de um genoma pode ser influenciada por sua história evolutiva, em vez de ser determinada por inúmeros fatores e acidentes históricos.
O estudo foi liderado pelo Professor James McInerney e pelo Dr. Alan Beavan, da Escola de Ciências da Vida da Universidade de Nottingham, e pela Dra. Maria Rosa Domingo-Sananes, da Nottingham Trent University.
As implicações dessa pesquisa são nada menos que revolucionárias. Ao demonstrar que a evolução não é tão aleatória como pensávamos, abrimos a porta para uma variedade de possibilidades na biologia sintética, medicina e ciência ambiental”, disse o Professor McInerney, autor principal do estudo.
A equipe realizou uma análise do pangenoma – o conjunto completo de genes dentro de uma determinada espécie – para responder a uma questão crítica sobre se a evolução é previsível ou se os caminhos evolutivos dos genomas dependem de sua história e, portanto, não são previsíveis hoje.
Usando uma abordagem de aprendizado de máquina conhecida como Random Forest (Floresta Aleatória), juntamente com um conjunto de dados de 2.500 genomas completos de uma única espécie bacteriana, a equipe realizou milhares de horas de processamento de computador para abordar questão.
Após alimentar os dados em seu computador de alto desempenho, a equipe primeiro criou “famílias de genes” para cada gene de cada genoma.
Dessa forma, pudemos comparar genes semelhantes entre os genomas”, disse a Dra. Domingo-Sananes.
Uma vez que as famílias foram identificadas, a equipe analisou o padrão de como essas famílias estavam presentes em alguns genomas e ausentes em outros.
Descobrimos que algumas famílias de genes nunca apareciam em um genoma quando uma determinada outra família de genes já estava presente e, em outras ocasiões, alguns genes dependiam muito da presença de uma família de genes diferente”, explicou a Dra. Domingo-Sananes.
Na prática, os pesquisadores descobriram um ecossistema invisível onde os genes podem cooperar ou entrar em conflito entre si.
Essas interações entre genes tornam certos aspectos da evolução um tanto previsíveis e, além disso, agora temos uma ferramenta que nos permite fazer essas previsões”, acrescenta a Dra. Domingo-Sananes.
O Dr. Beavan disse:
A partir deste trabalho, podemos começar a explorar quais genes ‘apoiam’ um gene de resistência a antibióticos, por exemplo. Portanto, se estamos tentando eliminar a resistência a antibióticos, podemos visar não apenas o gene focal, mas também seus genes de apoio.
Podemos usar essa abordagem para sintetizar novos tipos de construtos genéticos que poderiam ser usados para desenvolver novos medicamentos ou vacinas. Saber o que sabemos agora abriu a porta para uma série de outras descobertas.”
As implicações da pesquisa são amplas e podem levar a:
- Design de novo genoma – permitindo que os cientistas projetem genomas sintéticos e forneçam um roteiro para a manipulação previsível de material genético;
- Combate à resistência a antibióticos – compreender as dependências entre os genes pode ajudar a identificar o ‘elenco de apoio’ de genes que tornam a resistência a antibióticos possível, abrindo caminho para tratamentos direcionados;
- Mitigação das mudanças climáticas – insights do estudo podem informar o design de microrganismos projetados para capturar carbono ou degradar poluentes, contribuindo assim para os esforços de combate às mudanças climáticas;
- Aplicações médicas – a previsibilidade das interações genéticas pode revolucionar a medicina personalizada, fornecendo novas métricas para risco de doenças e eficácia do tratamento.
O estudo completo pode ser acessado neste link.
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