Natureza

O gene não é egoísta: entenda a tese que irá revolucionar a biologia

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Frequentemente, é comum lermos temas gerais como matéria escura, consciência, alienígenas e universos paralelos, mas pouco falamos sobre uma tese de biologia que nos ajuda a entender os mistérios da ciência.

Esse é um ponto igualmente fascinante: como o corpo humano se forma a partir de uma única célula, como quando um óvulo fertilizado se desenvolve em um embrião e, eventualmente, em um adulto completo.

Não costumamos questionar isso porque estamos acostumados: bebês nascem, bolotas se transformam em árvores e ovos eclodem em galinhas todos os dias. Mas isso é realmente surpreendente.

Pense no que as células precisam fazer: coordenar suas posições para formar a estrutura detalhada de ossos, pele, músculos e órgãos; construir e conectar os cem bilhões de neurônios do cérebro; decidir em que tipo de célula se especializar e quanto duplicar para garantir as proporções corretas do corpo.

Como tantas células individuais cooperam para formar um organismo funcional?

Como funciona

Agora, compare isso com máquinas como computadores e carros. Embora complexos e compostos de muitas partes, eles não se constroem nem se curam.

Nós projetamos e montamos essas máquinas seguindo um plano detalhado. Em biologia, não há esse planejamento centralizado: um óvulo se desenvolve sem um “centro de comando” que dite as ações de cada parte. Não há um cérebro para instruir como construir o próprio cérebro.

Na ausência de um design de cima para baixo, nossa visão convencional da biologia é que tudo ocorre de baixo para cima. Mecanismos moleculares ditam funções celulares, que ditam funções de órgãos e, por fim, controlam o corpo.

A base dessa tese de biologia? O genoma. Os genes são vistos como o código fundamental da vida, então, quando se trata de entender como o corpo se desenvolve, curar doenças ou alterar características biológicas, focamos neles.

Grande parte da pesquisa investiga genes específicos: o gene que constrói olhos, as bases genéticas do Alzheimer e do câncer, ou como mutações em um gene afetam o ritmo circadiano de uma mosca da fruta.

Desde que sequenciamos o genoma humano em 2003, acumulamos dados genômicos imensos, mas nossa ênfase está em como genes e vias químicas determinam a estrutura do organismo.

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Pesquisadores

É aí que entra Michael Levin e outros pesquisadores. Eles argumentam que, embora os genes sejam cruciais e contenham muitas informações necessárias para a construção do corpo, eles não abrangem tudo e não são a melhor forma de entender o desenvolvimento do corpo ou intervir biologicamente (como regenerar órgãos danificados ou curar doenças como o câncer).

Levin sugere que, na biologia, existem níveis de abstração mais altos e úteis, comparáveis às diferentes linguagens e construções de software na programação.

Enquanto os genes são como o código de máquina, os biólogos modernos deveriam pensar em construções de nível superior, como objetos e módulos.

A verdadeira revolução no trabalho de Levin é a ideia de que existem níveis mais altos de abstração e controle significativos na biologia. Um desses níveis mais altos se manifesta na rede bioelétrica do organismo.

Tese de biologia

Geralmente, pensamos nos neurônios como as únicas células que produzem comportamento inteligente por meio de comunicação em grandes redes. Neurônios se comunicam usando padrões elétricos em suas membranas e neurotransmissores.

No entanto, todas as células do corpo possuem os mesmos mecanismos de comunicação, embora de forma mais lenta. Essa comunicação gera a tese de biologia chamada de rede bioelétrica, distinta da rede neural.

Nas últimas décadas, descobrimos que as redes bioelétricas do corpo fazem coisas semelhantes ao cérebro: armazenam memórias, resolvem problemas e orientam o desenvolvimento.

Um exemplo impressionante dessa rede em ação é a planária, uma criatura que não envelhece, não contrai câncer e pode regenerar qualquer parte de seu corpo, mesmo se cortada em mais de 250 pedaços.

A regeneração da planária é um exemplo de como a rede bioelétrica funciona. Quando uma planária é dividida, cada parte regenera o corpo completo. As células precisam decidir qual parte do corpo construir.

Essa decisão é orientada por um gradiente de “potenciais de membrana em repouso” ao longo do corpo. Esse estado elétrico estável ajuda as células a determinar se devem formar uma cabeça ou uma cauda.

Experimentos mostram que o estado elétrico das células em relação ao corpo é crucial para determinar sua função na regeneração. Essa descoberta sugere que, além dos genes, a rede bioelétrica desempenha um papel vital no desenvolvimento e regeneração dos organismos.

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Por que entender isso?

Por que isso é importante? Compreender como as células se coordenam para decidir quais partes do corpo construir nos permite intervir nesse processo e criar novas estruturas corporais.

A equipe de Michael Levin conseguiu fazer isso: induziu vermes a gerar duas cabeças, ou nenhuma, ou até a cabeça de uma espécie diferente, alterando o estado elétrico das células com drogas que bloqueavam canais iônicos. Esses vermes, apesar das mudanças, eram vivos e funcionais.

Um ponto crucial: em todos esses experimentos, os genes dos vermes não foram editados. As mudanças na estrutura corporal ocorreram sem alterar o genoma, e algumas dessas mudanças foram permanentes.

Por exemplo, vermes de duas cabeças produziram descendentes com duas cabeças, sem necessidade de novas intervenções. Isso significa que conseguimos uma alteração permanente na estrutura do verme sem modificar seus genes, decifrando o código bioelétrico do corpo.

O trabalho de Levin vai além dos vermes. Seu laboratório demonstrou controle significativo sobre o desenvolvimento de outras espécies, como fazer sapos desenvolverem membros extras ou olhos em locais não usuais, como intestinos ou caudas, com capacidade de visão.

O objetivo final da tese de biologia é criar um “compilador anatômico”. Esse programa tomaria uma especificação de um órgão ou plano corporal e geraria os sinais químicos e elétricos necessários para formá-lo.

Seria como imprimir em 3D órgãos e organismos sintéticos, mas fornecendo uma descrição de alto nível, como “um olho extra na cauda”.

Esse avanço poderia revolucionar a biomedicina, oferecendo soluções para lesões traumáticas, defeitos congênitos, doenças degenerativas, câncer e envelhecimento.

 

Fonte: O Cafézinho

Imagens: Pexels, Pexels

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