A herança além do DNA

Cientistas descobrem um sistema inusitado de herança epigenética: vermes nematóides que vivem na genitália de rola-bostas são transmitidos para a prole do besouro e influenciam positivamente seu desenvolvimento.

A evolução biológica é classicamente pensada na perspectiva da transmissão de características dos pais à prole por meio da informação genética contida na molécula de DNA. Tal processo se baseia na genética mendeliana clássica, de acordo com a qual a transmissão de alelos (as versões de um gene) ocorre livre de influências externas, como, por exemplo, os fatores ambientais. No entanto, pesquisas mais recentes em biologia evolutiva têm mostrado a existência de uma gama de mecanismos não-genéticos de transmissão, como a herança epigenética, as atividades hormonais e a interação dos organismos com seus simbiontes.

Os simbiontes são seres vivos de determinada espécie que fazem parte do ambiente em que os organismos de uma outra espécie (seus hospedeiros) vivem e se desenvolvem. Os simbiontes interagem com seus hospedeiros e os influenciam de uma forma que pode ser benéfica, neutra ou prejudicial. Para insetos, essa interação é particularmente importante, uma vez que microrganismos podem desempenhar funções fisiológicas essenciais, como a síntese de nutrientes, digestão de componentes vegetais, dentre outras. Dessa forma, os simbiontes podem influenciar diretamente o fitness do hospedeiro. O termo fitness se refere ao valor adaptativo de um fenótipo ou genótipo, refletindo assim o sucesso de um indivíduo em passar suas características à próxima geração. Como os simbiontes podem ser transmitidos de forma vertical (ou seja, de geração para geração), representam uma forma de herança não-genética cujo papel na evolução dos hospedeiros pode ser fundamental.

Pesquisadores da Universidade de Indiana descobriram uma relação simbionte-hospedeiro bastante inusitada. Foi descoberto um simbionte nematóide, Diplogastrellus monhysteroides, que vive nas genitálias de besouros Ontophagus taurus, os famosos rola-bosta, que já foram personagens de um dos textos mais populares do Darwinianas. A transmissão deste simbionte ocorre de duas formas. A primeira forma é a sexual, na qual besouros de um sexo transmitem o simbionte para o outro sexo durante a cópula, de forma análoga a uma doença sexualmente transmissível (DST). A segunda é a transferência vertical, na qual o simbionte é transferido da mãe para a prole. As fêmeas do rola-bosta constroem câmaras onde depositam bolas de esterco que serão importantes para o desenvolvimento de sua prole. Os simbiontes são transferidos para esta câmara através das bolas de esterco contaminadas onde apresentarão interação com as larvas dos besouros.

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Figura 1. Presença de nematóide (seta vermelha) na genitália (seta verde) do besouro rola-bosta (modificado de Ledón-Rettig e colaboradores).

Para avaliar o papel dos simbiontes no desenvolvimento dos hospedeiros, os pesquisadores manipularam as câmaras de esterco de forma que um grupo de besouros se desenvolveu na presença do nematóide e outro na ausência. Foi mostrado que a presença do nematóide afeta o desenvolvimento das larvas do besouro favorecendo seu crescimento: larvas que se desenvolveram na presença do simbionte cresceram mais até o período da formação da pupa. Essa taxa de crescimento mais elevada é interpretada pelos pesquisadores como vantajosa em termos adaptativos.

Em um segundo momento, os pesquisadores procuraram compreender como exatamente os simbiontes favorecem o crescimento dos hospedeiros. Para isso, levantaram a hipótese de que o aumento de fitness conferido ao besouro se dá por alterações induzidas pelo nematóide nas populações dos micro-organismos que habitam o ambiente de desenvolvimento. Para testar essa hipótese, eles quantificaram a abundância de fungos e bactérias nos dois tratamentos (com e sem a presença do nematóide) e mostraram que as proporções de diversos destes grupos eram alteradas pela presença do nematóide. Um exemplo de uma dessas alterações foi o aumento da abundância de bactérias que degradam biomassa vegetal, o que pode ter afetado positivamente o ambiente nutricional dos besouros em desenvolvimento.

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Figura 2. Nematódeos do gênero Diplogastrellus (foto de Erik Ragsdale).

Esse estudo rompe com a ideia tão difundida de que nematóides são simbiontes meramente comensais (neutros) ou mesmo prejudiciais aos seus hospedeiros. Ao contrário, os experimentos mostraram pela primeira vez que nematóides também podem ser engenheiros ecológicos de ambientes de desenvolvimento que oferecem grandes vantagens aos seus hospedeiros. Até então, a maioria dos trabalhos que avaliaram o papel dos simbiontes no desenvolvimento do hospedeiro explorou microrganismos unicelulares. O trabalho dos pesquisadores da Universidade de Indiana mostra que organismos de tamanho médio (no caso, os nematóides) também podem estar envolvidos em processos de herança não-genética que afetam o fitness dos organismos através de mudanças no ambiente de desenvolvimento. Resta agora compreender como exatamente os nematóides afetam as populações de micro-organismos desse ambiente, o que em última instância poderá ter relevância até para questões de saúde humana.

Bruno C. Genevcius (USP – Instituto de Biociências)

Para saber mais:

Almenara, D. P., de Camargo Neves, M. R., Kamitani, F. L., & Winter, C. E. (2018). Nematóides entomopatogênicos: as duas faces de uma simbiose. Revista da Biologia, 6(2), 1-6.

Uma entrevista com Cristina Ledón-Rettig, principal autora do artigo aqui discutido, explicando sua descoberta.

Five things dung beetles do with a piece of poo.

Nutritional Symbionts: Why Some Insects Don’t Have to Eat Their Vegetables

Uma consideração sobre “A herança além do DNA”

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