Quando a evolução e a medicina se encontram

Populações africanas são as mais geneticamente variáveis do mundo. Infelizmente, essa alta variabilidade pode representar um problema para os indivíduos com ancestralidade africana, na hora em que eles precisarem encontrar um doador de medula óssea.

Todas as populações humanas são variáveis, pois os indivíduos diferem uns dos outros em seus genomas. Porém, a quantidade de variação genética não é a mesma em todas populações. Há algum tempo já se sabe que populações africanas são aquelas que possuem a maior variabilidade. Isso significa que os indivíduos africanos são, em média, mais diferentes uns dos outros do que aqueles de outras regiões. Consequentemente na África cada gene ocorre em mais “versões” (ou alelos) diferentes. Neste post vou apresentar uma ideia originalmente publicada por Noah Rosenberg e Jonathan Kang num artigo que mostrava que as diferenças nos níveis de diversidade genética têm implicações para além das questões acadêmicas, influenciando assuntos de relevância social.

Primeiro, cabe perguntar: o que determina a diversidade genética de populações humanas? Hoje em dia temos uma boa hipótese para explicar a distribuição mundial da variabilidade.  Com base em achados fósseis, estudos arqueológicos e análises genéticas, temos evidências de que nossa espécie se originou na África, e de lá se dispersou para o restante do globo. O êxodo da África teve como primeira parada o oriente médio, com subsequentes ocupações da Europa e da Ásia. A partir de lá, populações ocuparam regiões do Sudeste Pacífico, o Nordeste Asiático e finalmente a América.

Esses deslocamentos deixaram uma marca na variação genética de populações, pois quando populações saem de uma localidade e ocupam um novo território, apenas um subconjunto dos indivíduos se desloca para o novo local. Assim, parte da diversidade genética é perdida quando um novo território é ocupado. Isso explica porque a diversidade é maior na África, e torna-se progressivamente menor em populações mais distantes, que ocupam lugares longe da África, e cuja ocupação dependeu de sucessivas rodadas de deslocamentos populacionais. As populações menos variáveis do mundo estão na América, pois são aquelas que se originaram pela maior sucessão de migrações desde a África (Figura 1).

1fig2.jpg
Figura 1. Os círculos grandes representam populações e os pequenos círculos coloridos representam variantes genéticas. As setas indicam a direção de eventos de migração. Repare que à medida que populações se dispersam, ocupando novos territórios, parte da variação genética existente é perdida. Assim, populações que ocupam regiões mais remotas apresentam menos diversidade genética (veja a América, por exemplo).Figura de Rosenberg e Kang (2015).
Da diversidade à compatibilidade

Esse achado genético tem implicações para questões biomédicas. Para certas doenças humanas, incluindo vários tipos de câncer, o transplante de  medula óssea é uma solução. A medula óssea contém células que são capazes de produzir novas células sanguíneas. As células com esse potencial são chamadas de “células-tronco hematopoiéticas”. O transplante de medula consiste em transferir as células de um indivíduo saudável para um que possui alguma doença ou limitação na produção de células sanguíneas. Para que o transplante tenha sucesso, é necessário que as células de hospedeiro e do doador sejam semelhantes do ponto de vista imunológico (ou “compatíveis”), o que evita que o tecido transplantado seja rejeitado.

A compatibilidade imunológica é particularmente importante para um conjunto de proteínas envolvidas na resposta imune, chamadas de proteínas HLA. Havendo diferenças entre paciente e doador para os genes que codificam proteínas HLA, há imensas chances de o tecido transplantado ser rejeitado, ou de haver sérias complicações após o procedimento. Por causa disso, no processo de triagem de possíveis doadores, quatro genes HLA são cuidadosamente investigados, e o transplante ideal é aquele entre indivíduos idênticos para esses genes.

Não é fácil encontrar um doador e um receptor idênticos. São 4 genes que precisam ser iguais entre eles, e para cada gene todo nós carregamos dois alelos, um que herdamos de nossas mães e outro de nossos pais. Assim, deve haver uma correspondência perfeita entre genótipos formados por 10 alelos. Como há literalmente milhares de alelos para cada um dos genes HLA, a chance de se encontrar um doador idêntico em todos os genes ao paciente torna-se muito baixa. É por essa razão que a primeira opção para buscar doadores são os familiares do paciente: como eles compartilham ancestrais em comum, aumenta a chance de haver compartilhamento de alelos. Mas, caso não exista um doador apropriado entre os familiares, torna-se necessário procurar um doador não aparentado. É aí que entram os Registros de Doadores de Medula Óssea: grandes bases de dados com informações sobre o HLA de até milhões de doadores.

No Brasil o REDOME (Registro de Doadores de Medula Óssea) possui mais de 4 milhões de doadores registrados. Já no Estados Unidos o NMPD (National Marrow Donor Program) mantém o registro chamado “be the match”, com 16 milhões de doadores registrados. É nesses bancos que um paciente busca doadores com a combinação de genes HLA idêntica à sua. Quando há um doador compatível, ele é contactado para que as células hematopoiéticas sejam extraídas e o transplante realizado.

E é aqui que as questões de diversidade genética e de transplantes se encontram. Uma suspeita originalmente levantada por pesquisadores com base em modelagem de dados era a de que indivíduos de populações com muita diversidade genética teriam mais dificuldade em encontrar doadores. A lógica é relativamente simples: se na África há mais diversidade genética, cada indivíduo com ancestralidade africana poderá ter um de muitos tipos de genótipo HLA, dificultando que se encontre um doador idêntico a ele. Já em populações europeias há menos variação, e consequentemente há mais indivíduos geneticamente semelhantes. Isso aumenta a chance de se encontrar um doador apropriado. Assim, a maior diversidade genética em genes HLA de africanos pode potencialmente dificultar as chances de eles encontrarem doadores. A análise de dados do registro de doadores norte- americano, ilustrada na Figura 2, deixa clara essa dificuldade. Indivíduos norte-americanos que se identificam como “afro-americanos” tem têm uma chance de apenas 66% de encontrar um doador compatível em 7 entre 8 alelos HLA. Já um europeu tem 97% de encontrar alguém com esse nível de compatibilidade.

image1
Figura 2. As chances de encontrar um doador diferem dependendo da ancestralidade. Em verde está indicada a chance de um indivíduo encontrar um doador compatível (com 7 dos 8 alelos idênticos), em azul a chance dele não encontrar um doador. Os dados são para o registro de doadores dos Estados Unidos. A chance de encontrar doadores compatíveis é muito mais baixa entre africanos (http://blackbonemarrow.com/why-race-matters/).

E não é só a maior diversidade genética entre africanos que dificulta suas chances de realizar um transplante. Entre afro-descendentes nos Estados Unidos, a chance de localizar o potencial doador compatível é reduzida em relação àquela para europeus, assim como a chance de o possível doador estar em boa saúde, viabilizando o transplante. Esses fatores, não surpreendentemente, parecem resultar de diferenças na renda entre indivíduos de ancestralidade europeia e africana.

Diante desse quadro, o que fazer? Nos estados Unidos, grupos já se organizaram para divulgar entre afro-americanos a necessidade de aumentar o recrutamento para o registro de doadores, de modo dirigido a essa parcela da população. E no Brasil, onde estamos? No momento ainda estamos diagnosticando a magnitude do problema, realizando os primeiros estudos para avaliar se há diferença entre brasileiros com maior e menor ancestralidade africana na hora de encontrar um doador compatível. Esse é um trabalho que está sendo desenvolvido na USP, liderado pela pós-doutoranda Kelly Nunes.

Esse exemplo ilustra a interação entre aspectos aparentemente muito distintos de uma população: a sua diversidade genética, fatores sociais que influenciam o recrutamento, saúde e disponibilidade de doadores, e o consequente impacto desses fatores sobre a chance de um transplante ser realizado com sucesso. O conhecimento a respeito de um processo evolutivo, que resulta na perda de variantes genéticas à medida que populações migram, tem relevância direta para o planejamento de uma área de saúde pública. A diversidade genética das populações carrega uma marca de sua história evolutiva mas também influencia características socialmente relevantes, às quais precisamos ficar atentos.

Diogo Meyer (USP)

Para saber mais:

Noah A. Rosenberg and Jonathan T. L. Kang . 2015. Genetic Diversity and Societally Important Disparities GENETICS September 1, 2015 vol. 201 no. 1 1-12

Bergstrom T.C., Garratt R. J., Sheehan-Connor D., 2012 Stem cell donor matching for patients of mixed race. B.E.J. Econ. Anal. Policy 12: 30.

Prugnolle F., Manica A., Balloux F., 2005 Geography predicts neutral genetic diversity of human populations. Curr. Biol. 15: R159–R160.

Afinal, quem são os “Wallys” no pequeno mundo dos microrganismos?

Neste post faço uma analogia ao famoso livro “Onde está Wally?” para ilustrar uma linha que vem crescendo a cada dia no estudo da diversidade microbiana: a biosfera rara.

No meu post anterior, falei sobre o “mar” de microrganismos. Falamos do quão importante os microrganismos são para os oceanos, para a ciclagem de nutrientes, nas cadeias alimentares e na saúde dos corais. Foquei especialmente em ambientes recifais, com os quais tenho grande afinidade e sobre os quais já desenvolvi alguns trabalhos. Neste post falarei sobre um assunto que vem me fascinando há um tempo e tem um pouco a ver com os novos microrganismos de que falei no meu primeiro post aqui no Darwinianas, microrganismos pouco abundantes (ou raros) e sua importância.

Antes de mergulharmos no assunto propriamente dito, é importante definir o que é, ou quais são os critérios que usamos para dizer se um microrganismo é raro ou não. Em uma revisão sobre o tema, os Professores Michael D. J. Lynch e Josh D. Neufeld apresentam algumas definições presentes na literatura, mas talvez a mais utilizada seja que os microrganismos que compreendem de 0,1% a 0,01% em uma determinada amostra (a depender da referência utilizada) compreendem a microbiota (ou biosfera) rara. Essa definição arbitrária e amplamente utilizada em diversos estudos é baseada em técnicas que usam sequenciamento de nova geração para “contar” as “espécies” ou Unidades Taxonômicas Operacionais (muito comum achar OTU, que vem da sigla em inglês) nas amostras. Um outro aspecto a ser considerado é considerarmos que, diferentemente de organismos que dependem de reprodução sexuada para aumentar suas populações, tendo necessidade de encontrar um par (também raro) para se reproduzir, microrganismos apresentam reprodução clonal. Ou seja, em situações favoráveis (por exemplo, oferta de recursos) a sua abundância pode crescer e muito.

Algumas estimativas indicam que grande parte dos microrganismos que existem na biosfera não são ainda cultivados e que são muito pouco abundantes. Conhecer essa enorme diversidade é super importante do ponto de vista da ciência básica, mas também de possíveis aplicação das suas funções metabólicas e ecossistêmicas para saúde humana e para questões ambientais como biorremediação, por exemplo. Ressalto aqui alguns exemplos de estudos empíricos que mostraram a importância da biosfera rara para alguns processos. Um estudo sobre o impacto do uso da terra sobre a diversidade microbiana no solo feito em plantações de dendê na Malásia mostrou que em florestas e ambientes com uso menos intenso do solo, microrganismos pouco abundantes são muito importantes para manter a estrutura da comunidade de microrganismos no solo. Possivelmente esses microrganismos possuem papéis cruciais para mobilização de matéria orgânica para todos os demais microrganismos, sendo chave para o funcionamento dos ecossistemas. Um outro estudo, através de experimentos de longo prazo em turfeiras, mostrou que que microrganismos raros são os principais responsáveis pela redução do enxofre nesses ambientes. Esse achado é importante, pois reflete diretamente no conhecimento que temos sobre o ciclo do carbono, especialmente na produção de metano (um dos principais gases para o efeito estufa) neste ambiente, uma vez que o metabolismo de enxofre tem impacto direto nas vias de produção e degradação de metano.

Voltando a analogia do Wally, ainda precisamos conhecer muitos “Wallys” nos microbiomas, mas já temos conhecimento sobre o papel e a importância deles nos ecossistemas.

 

Pedro Milet Meirelles

Laboratório de Bioinformática e Ecologia Microbiana

Instituto de Biologia da UFBA

meirelleslab.org

 

Para Saber mais:

Lynch, M. D. J., and Neufeld, J. D. (2015). Ecology and exploration of the rare biosphere. Nat. Rev. Microbiol. 13, 217–229. doi:10.1038/nrmicro3400.

Wood, S. A., Gilbert, J. A., Leff, J. W., Fierer, N., D’Angelo, H., Bateman, C., et al. (2017). Consequences of tropical forest conversion to oil palm on soil bacterial community and network structure. Soil Biol. Biochem. 112, 258–268. doi:10.1016/j.soilbio.2017.05.019.

Kristensen, D. M., Mushegian, A. R., Dolja, V. V, and Koonin, E. V (2010). New dimensions of the virus world discovered through metagenomics. Trends Microbiol. 18, 11–19. doi:10.1016/j.tim.2009.11.003.

Pedrós-Alió, C. (2007). Dipping into the rare biosphere. Science (80-. ). 315, 192–193. doi:10.1126/science.1135933.

Pester, M., Bittner, N., Deevong, P., Wagner, M., and Loy, A. (2010). A “rare biosphere” microorganism contributes to sulfate reduction in a peatland. ISME J. 4, 1–12. doi:10.1038/ismej.2010.75.

Locey, K. J., and Lennon, J. T. (2016). Scaling laws predict global microbial diversity. Proc. Natl. Acad. Sci. 113, 5970–5975. doi:10.1073/pnas.1521291113.

(Imagem de abertura: https://findthething.wordpress.com/tag/find-wally-hidden-where-is-wally/)

A necessária morte da mística do DNA

O gene se tornou um ícone cultural seja nas escolas, na mídia, ou em escritos científicos. Ideias sobre o DNA que não se sustentam povoam nossos discursos. Já é tempo de deixá-las de lado.

Em sua análise do gene como um ícone cultural, a socióloga da ciência Dorothy Nelkin e a historiadora da ciência M. Susan Lindee analisaram a circulação do DNA e do gene em diferentes esferas da sociedade, analisando novelas, quadrinhos, propagandas e outras expressões da cultura de massas. Elas deixam às claras o que denominam uma mística do DNA, no modo como esta molécula e os genes que ela contém são representados na cultura popular. Segundo elas, enquanto a visão que acaba por chegar à cultura popular bebe nas ideias científicas para criar um discurso social sobre genes, ela escapa – como era de se esperar – às restrições de uma compreensão técnica desse conceito central da biologia. Todo mundo que já se deparou com um xampu que supostamente revitalizaria os cabelos por conter DNA sabe do que estamos falando. Evidentemente, o DNA não tem esse efeito sobre cabelos. O DNA entra aí como uma espécie de energia vital.

Este modo vitalista de pensar pode causar espanto há alguns. Afinal, ideias vitalistas, que atribuem os fenômenos vitais a uma espécie de energia que não poderia ser conhecida pela ciência, não são aceitas há muito tempo na Biologia e o DNA, decerto, não é equivalente a qualquer energia vital. E o pensamento vitalista foi superado na Biologia há um século, pelo menos. Contudo, na mística do DNA essas conotações vitalistas estão, elas próprias, muito vivas. As metáforas usadas para falar do DNA, seja na mídia, seja em livros didáticos, são muito claras. O DNA seria um “livro da vida”, uma espécie de essência definidora de nossa humanidade, até mesmo um Santo Graal, como escreveu o biólogo molecular Walter Gilbert, muito antes da decifração do genoma humano. O mesmo Gilbert que introduzia suas palestras sobre o sequenciamento genômico puxando um CD do bolso e anunciando ao público: “Isso é você” (como citado por Nelkin e Lindee em seu livro).

Esta é a mística do DNA. E ela segue bem viva entre nós. Está mais do que na hora, contudo, de decretar sua morte.

As conotações religiosas do discurso social sobre genes também são claras. Roxanne Parrott e colaboradores relataram que algumas pessoas que participaram de seu estudo acreditavam que Deus desempenha papel importante na expressão dos genes e em seu impacto sobre a saúde. O DNA passa a ser uma espécie de mediador ou mecanismo da vontade divina num pensamento fatalista que está presente em diferentes religiões. Por mais que alguém possa vislumbrar incompatibilidades entre esse modo de pensar e ideias científicas, a ciência escolar reforça tal visão na educação das pessoas, através de afirmações sobre genes e DNA que carregam tintas muito fortes, mas mal ficam de pé diante do que sabemos da biologia. Não são frases que encontraríamos somente na educação básica. Pensar isso é um ledo engano. Elas povoam as páginas inclusive de livros didáticos usados no ensino superior. Mas também não estão restritas a livros didáticos. Elas comparecem em textos de popularização da ciência e até mesmo em escritos científicos.

Aqui estão quatro exemplos: “O DNA é uma molécula que se autorreplica”. “O DNA controla o metabolismo celular”. “O DNA determina fenótipos”. “O DNA é um programa de desenvolvimento”. Todas estas são frases que não são compatíveis com o conhecimento biológico aceito, em alguns casos há décadas. Como disse o geneticista Richard Lewontin, determinismo biológico – certamente um dos aspectos dessas frases – não é sequer um problema filosófico. É somente biologia mal aprendida mesmo. Vejamos. 

A biologia do DNA

É bem sabido que a replicação do DNA depende de proteínas e RNAs que formam complexos envolvidos nas várias etapas desse processo. O DNA, portanto, não se autorreplica. O correto é dizer que sequências de nucleotídeos de DNA constituem moldes para sua replicação, o que é algo muito diferente da ideia de autorreplicação. Notem que, com esse termo, atribui-se a ação de replicar ao DNA, e não aos complexos de proteínas e RNAs, como é mais correto.

O DNA tampouco é uma molécula que controla a célula. O controle celular é, por assim dizer, democrático: ele não está concentrado em alguma molécula mestra, mas se encontra difuso por muitos nós da rede metabólica que constitui a bioquímica celular. O DNA é uma molécula relativamente inerte, que não comanda, controla, faz coisas com a célula, mas é usado pela célula por meio de redes complexas de interação molecular.

Fenótipos não são determinados por genes situados no DNA. Genes estão associados a fenótipos, sendo herdados como potenciais para seu desenvolvimento, mas a constituição de um fenótipo depende de processos complexos de desenvolvimento, no caso de organismos multicelulares, e da fisiologia de seres unicelulares. Pela mesma razão, o gene tampouco é um programa de desenvolvimento. Como uma simplificação, pode-se assumir, como no gene mendeliano, uma correspondência direta, de determinação, entre gene e característica, mas esta é uma suposição de um modelo que não trata o gene como uma entidade molecular, e sim como uma abstração (a exemplo do gene para cor dos olhos azuis, discutido em outra postagem de Darwinianas).

Estas frases, que atribuem um imenso poder ao DNA e aos genes nele contidos, somente poderiam ser corretas se o DNA fosse uma espécie de mini-consciência, um homúnculo a deliberar, por exemplo, se deve ou não expressar algumas de suas sequências. Contudo, evidentemente o DNA não é nada disso. Ele é um sistema de memória celular, na verdade, o mais fiel sistema de memória que surgiu na evolução da vida, em boa medida por ser uma molécula inerte.

Não passam mesmo de biologia mal aprendida a mística do DNA, o determinismo genético e outras ideias que dão ao DNA e aos genes um poder que ultrapassa o que está bem fundamentado no conhecimento biológico. Lewontin tinha razão vinte anos atrás. Cabe perguntar: a respeito de tais ideias, fizemos algum progresso nesse meio tempo? Minha impressão é que tivemos algum avanço, como mostra a popularidade da epigenética, inclusive no que se refere ao comportamento. Contudo, este é ainda um avanço tímido. É tempo de estas ideias serem eliminadas do ensino de biologia, em todos os níveis de escolaridade, assim como da popularização da ciência e dos escritos científicos. A morte da mística do DNA se torna cada vez mais necessária. Até mesmo para que venha à tona de modo mais claro a grande importância do DNA nos sistemas vivos.

Charbel N. El-Hani

Instituto de Biologia/UFBA

 

PARA SABER MAIS:

Bruggeman, F. J., Westerhoff, H. V. & Boogerd, F. C. 2002. Biocomplexity: A pluralist research strategy is necessary for a mechanistic explanation of the “live” state”. Philosophical Psychology 15: 411-440.

El-Hani, C. N. 2007. Between the cross and the sword: the crisis of the gene concept. Genetics and Molecular Biology 30(2): 297-307.

Gericke, N.; Hagberg, M.; Santos, V. C.; Joaquim, L. M. & El-Hani, C. N. 2014. Conceptual variation or Incoherence? Textbook discourse on genes in six countries. Science & Education 23: 381-416.

Keller, E. F. 2002. O Século do Gene. Belo Horizonte: Crisálida.

Leite, M. 2006. Retórica determinista no genoma humano. Scientiae Studia 4: 421-452.

Lewontin, R. J. 2002. A Tripla Hélice. São Paulo: Cia. das Letras.

Moss, L. 2003. What genes can’t do. Cambridge-MA: MIT Press.

Meyer, L. M. N.; Bomfim, G. C. & El-Hani, C. N. 2013. How to understand the gene in the 21st century. Science & Education 22(2):345-374.

Nelkin, D. & Lindee, M. S. 2004. The DNA mystique: the gene as a cultural icon (2a. ed.). Ann Arbor, MI: University of Michigan Press.

Nijhout, H. F. 1990. Metaphors and the role of genes in development. BioEssays 12: 441-446.

Parrott, R. L., Silk, K. J., Dillow, M. R., Krieger, J. L., Harris, T.M. & Condit, C. M. 2005. Development and validation of tools to assess genetic discrimination and genetically based racism. Journal of the National Medical Association 97:980-990.

A Genética Forense além (e apesar) do CSI

A Genética Humana Forense tem se popularizado nos últimos anos por meio se séries e programas de televisão, no entanto as informações passadas por esses programas raramente correspondem à realidade da ciência forenses atual.

Nas últimas décadas, diversos programas de entretenimento têm se dedicado a introduzir a Genética Humana Forense em nosso cotidiano, muitas vezes de maneira bastante simplista e pouco realista. No entanto, ainda que essa não seja a vitrine ideal para o que vem sendo realizado nessa área do conhecimento, a mesma existe e vem sendo usada pelo sistema de justiça de diversos países. Mas como isso funciona na prática, e qual a realidade da Genética Humana Forense atual?

Para responder esta pergunta, antes temos que entender um pouco sobre as evidências com as quais trabalham os geneticistas forenses. O DNA está presente em quase todas as células do corpo, e é único para cada um de nós, exceto os gêmeos monozigóticos. No nosso dia-a-dia perdemos muitas células, e com elas nosso DNA, sendo assim deixamos um vestígio nosso por onde passamos. Células são unidades microscópicas, e podem ser levadas de um lugar para o outro com vento, poeira ou água, o que faz com que nosso DNA possa estar em lugares onde nunca estivemos. Os cientistas forenses trabalham com esses ínfimos vestígios encontrados em cenas de crimes ou lugares de interesse forense.

Embora à primeira vista o trabalho forense possa parecer simples, é recente nossa capacidade técnica para: a. diferenciar um ser humano do outro em nível de DNA, pois somos 99.9% idênticos geneticamente. Foram necessários anos de desenvolvimento de perfis de identificação individual confiáveis, baseados no 0.01% da variabilidade que diferencia 7 bilhões de pessoas; e b. obter quantidade suficiente de DNA viável de tão escasso (e não raramente mal preservado) material biológico, pois as células que perdemos são poucas e ficam expostas ao ambiente, sofrendo degradação natural. Ainda assim, nem sempre é possível conseguir DNA viável para uso em análises forenses.

Desde que conseguimos tais avanços, o DNA obteve um status de intocável quando o assunto são evidências criminais, principalmente quando a discussão é realizada por leigos. No entanto, do ponto de vista científico, sabe-se das limitações das evidências de DNA.  Análises de DNA podem ser mal interpretadas ou enviesadas, pois dependem de manuseio ou interpretação humana em praticamente todas as etapas. Além disso, como mencionado anteriormente, DNA presente na cena do crime não é uma evidência inquestionável da presença do indivíduo na cena do crime, já que existem outras explicações plausíveis. Atualmente, na maioria dos países, o simples fato da presença de DNA na cena do crime não é evidência de culpabilidade. São necessárias mais evidências que suportem o caso para que um indivíduo seja considerado culpado.

Existe um outro lado da Genética Humana Forense que vem ganhando força nos últimos anos, que visa a construção de retratos moleculares dos suspeitos com bases na construção de perfis de genes relacionados a características fenotípicas como cor de olhos, cor de pele, cor de cabelos e formato do rosto. Um estudo de 2012 usou os genomas completos de pessoas públicas para avaliar com que precisão se podia prever os fenótipos de pigmentação de pele, olhos e cabelos nesses indivíduos. De acordo com os autores, somente era possível prever com certa precisão a presença de sardas (91%), enquanto a confiabilidade para cor de olhos foi de apenas 36%, e as demais variaram entre 42 e 83%. Esses valores são adequados para um estudo científico, mas nem de perto razoáveis para fins forenses. No entanto, em casos forenses, o que se faz é a soma de fenótipos, por exemplo, pelo DNA do suspeito poderíamos chegar a probabilidade de 75-85% do mesmo ser homem, de cabelos castanhos, sardas e olhos castanhos. Ou seja, é possível predizer um fenótipo, mas não excluir outros. Em relação a predição de fenótipos faciais, até o momento não existe nenhuma evidência científica do possível uso confiável da construção de retratos moleculares fidedignos a partir de genomas. O que se pode hoje é apenas construir um fenótipo aproximado usando dados populacionais, mas esse conhecimento não pode ser aplicado para a identificação individual.

Outras abordagens frequentes da Genética Humana Forense são o uso de linhagens familiares em suas investigações, como já foi discutido aqui no blog anteriormente; e a identificação de indivíduos por ancestralidade biogeográfica. A ideia principal desta última é diminuir o número de suspeitos usando marcadores genéticos de ancestralidade, pois assim seria possível saber se o suspeito seria europeu, africano, asiático ou nativo americano. Além de eticamente questionável, essa abordagem não poderia ser aplicável em países miscigenados, e estaria sujeita a um grande viés dependendo do grupo de marcadores genéticos usados. Recentemente a Inglaterra adotou essa abordagem no controle de imigração de sua fronteira, pois queria garantir que os refugiados que pediam asilo eram realmente do grupo biogeográfico que declaravam ser. Situações como essa surgem quando o uso da ferramenta técnica gerada pela ciência não é acompanhado pelo conhecimento científico proporcionado pela mesma.

Um relatório recente sobre a Ciência Forense nos EUA mostrou que o uso de técnicas forenses avançadas sem compromisso científico por parte dos investigadores que geram os laudos forenses é algo comum, e tem levado a sérias consequências no país, tais como execuções de inocentes e prisões injustas. Talvez esse mau uso dos dados, ou mesmo essa deturpação da informação gerada, seja resultado direto do status de infalível do DNA e de outros métodos forenses, somado à falta de educação científica dos envolvidos no sistema de justiça.

Tábita Hünemeier

IB/USP

PARA SABER MAIS:

Foto da abertura: https://www.discoverycf.com

 

O DNA na era digital

Cientistas desenvolvem nova técnica capaz de sintetizar DNA de maneira mais rápida, barata e precisa. Por meio dessa técnica, será possível construir um genoma completo de uma bactéria em apenas um dia!

Em Abril de 1953, a revista Nature publicou um pequeno artigo de apenas 1 página no qual os autores, J.D. Watson e F.H. Crick, propuseram o modelo da estrutura do DNA que veio a ser amplamente aceito pela comunidade científica. Controvérsias à parte, o modelo da dupla hélice proposto pelos autores também sugeria claramente um mecanismo de replicação do DNA, e resultou na consolidação do que conhecemos hoje como Biologia Molecular. Começou aí também a corrida para desvendar o chamado código genético, que descreve as regras pelas quais se dá a relação entre a sequência de nucleotídeos no DNA e a sequência de aminoácidos nas proteínas. Desde então, o DNA ganhou um papel central nas explicações dos processos moleculares e no entendimento da relação entre os genes, as características físicas dos organismos e a herança.

Termos como ‘armazenamento de informação’, ‘código’, ‘programa’, ‘receita’, manual de instruções’ e ‘mensagem’ inundaram a comunidade de biólogos buscando caracterizar o papel dos genes e/ou da informação genética contida nas moléculas de DNA. Essas metáforas informacionais estão largamente presentes em livros didáticos, assim como no discurso de muitos pesquisadores da área. Por exemplo, é muito comum encontrarmos a ideia de que o DNA contém o “programa para o desenvolvimento do organismo”, ou que o DNA é um “manual de instruções do funcionamento celular”. As limitações dessas metáforas para o ensino de ciências e para a própria pesquisa biológica já foram amplamente discutidas, mas elas continuam sendo utilizadas a todo vapor.

No início do século XXI, no entanto, essas metáforas foram alçadas a um novo patamar. Pela primeira vez, cientistas desenvolveram um mecanismo de armazenamento de informação não-biológica utilizando o DNA, dando início à chamada era do armazenamento de informação digital no DNA (do inglês, DNA digital data storage). Cinco anos depois, cientistas da Harvard University foram capazes de armazenar no DNA a informação digital de um texto escrito em HTML, imagens em JPEG e um programa escrito em JavaScript. Mas, para entendermos como isso é possível, precisamos entender um pouco mais sobre como a informação é armazenada nos computadores e laptops que utilizamos diariamente.

Hoje, grande parte dos computadores e aparelhos digitais utiliza um sistema binário (ou de base 2) de armazenamento de informação, no qual todas as quantidades são representadas com base em dois números: 0 e 1. Vem daí o nome bit, ou dígito binário, do inglês Binary Digit. Um agrupamento de 8 bits corresponde a 1 byte (do inglês Binary Term), unidade básica da computação. De maneira análoga, os cientistas propuseram a utilização dos blocos de construção do DNA (A, C, T e G) para armazenar qualquer tipo de informação. Assim, ao invés de 1s e 0s, utilizaríamos As, Cs, Ts e Gs. Nos últimos anos, cientistas foram capazes de estocar as mais variadas informações em longas cadeias de DNA, incluindo as 587.287 palavras de Guerra e Paz de Lev N. Tolstoi, o clássico Smoke on the Water do Deep Purple, e até um GIF de um cavalo galopando, reproduzindo as 5 imagens de Eadweard Myubridge feita em 1880. Um vídeo interessante que explica a tecnologia utilizada nesse último estudo, e também apresenta o GIF criado, pode ser visto aqui. Se você quiser saber mais sobre CRISPR, veja esse post do Darwinianas.

Mas, quais seriam as vantagens do armazenamento de informações no DNA? Várias características da molécula de DNA são atrativas para cumprir tal função. Por exemplo, o DNA é extremamente compacto. A partir da utilização do DNA como fonte de armazenamento de informação, seríamos capazes de arquivar todos os filmes já produzidos num espaço menor do que um cubo de açúcar de aproximadamente 4 gramas.  Alguns cientistas da computação acreditam que estamos chegando ao limite físico da nossa capacidade de armazenamento de informação em fitas magnéticas, que ainda é a maneira como a maior parte da informação gerada é usualmente armazenada. Portanto, a necessidade da busca de novos meios de armazenamento de informação deriva, em grande parte, da nossa capacidade de geração de uma quantidade tremenda de informação em uma velocidade sem precedentes.  Além disso, se adequadamente preservada, uma molécula de DNA é altamente estável e capaz de armazenar informação por milhares de anos.

Mas, para armazenarmos informação em moléculas de DNA, são requeridos pelo menos três processos: (1) a síntese de moléculas de DNA; (2) a leitura do DNA sintetizado através de técnicas de sequenciamento; e, (3) uma linguagem capaz de traduzir a informação armazenada em algo inteligível.

Nos últimos anos, as novas técnicas de sequenciamento de DNA em larga escala expandiram de maneira surpreendente a velocidade, assim como o tamanho dos fragmentos sequenciados. Além disso, diversas linguagens de programação já foram utilizadas para processar a informação armazenada no DNA. O gargalo dessa nova era encontra-se, principalmente, no alto custo associado à síntese in vitro de DNA, técnica também chamada de DNA printing.

Contudo, em Junho desse ano, foi publicado em Nature Biotechnology um artigo que promete solucionar esse problema. Palluk e colaboradores descreveram um novo método de síntese de DNA que reduz significativamente o custo, além de aumentar a velocidade de síntese e sua acurácia.  Você deve estar se perguntando como isso é possível. Explico. Os cientistas utilizaram uma enzima já presente em nosso corpo, chamada de desoxinucleotidiltransferase terminal (TdT), ou transferase terminal, presente em células do nosso sistema imune. Essa enzima participa da diversificação dos receptores de partículas estranhas ao corpo (os antígenos), permitindo que o organismo seja capaz de reconhecer uma molécula estranha sem a necessidade de contato prévio. Dentro de um sistema vivo, essa enzima é capaz de adicionar até 200 nucleotídeos por minuto. Mas, como nem tudo são flores, essa enzima normalmente adiciona nucleotídeos randomicamente à ponta do DNA, e portanto não é útil a cientistas que precisam de uma sequência específica de nucleotídeos.

O pulo do gato, descrito por Palluk e colaboradores, é a ligação dessa enzima a nucleotídeos específicos. A ligação enzima-nucleotídeo pode ser posteriormente rompida, liberando a enzima após a adição no novo nucleotídeo ao DNA. Assim, fragmentos de DNA podem ser produzidos passo-a-passo, com a adição de um nucleotídeo a cada ciclo e uma acurácia de cerca de 98%. Os pesquisadores foram capazes de alongar primers de DNA, pequenas fragmentos de ácido nucléico necessários para a iniciação da replicação do DNA, a uma velocidade de um nucleotídeo a cada 10-20 segundos. Dessa forma, um único conjugado é capaz de produzir uma molécula de 4.320 nucleotídeos por dia. Considerando que essa enzima é produzida em larga escala e a baixo custo, milhares dessas enzimas podem ser utilizadas paralelamente para a produção do genoma completo de uma bactéria em um único dia.

Picture1.png
Figura 1: Alongamento da molécula de DNA, nesse caso representada por um primer ou iniciador, por meio da utilização de conjugados de TdT-nucleotídeos. Após a adição de um nucleotídeo à molécula de DNA (extensão), a ligação DNA-TdT é desfeita por meio de uma reação química denominada desproteção. (Figura modificada de Palluk et al. 2018)

É claro que as implicações das possibilidades de produção de baixo custo de uma molécula de DNA são muitas e variadas. Podemos, por exemplo, utilizar essa tecnologia para produzir genes humanos relacionados à produção de proteínas importantes, ou para produzir bactérias e outros organismos com sequências específicas de DNA. Mas, além disso, essa tecnologia nos permite avançar a fronteira da tecnologia da informação, solucionando o primeiro passo na utilização do DNA como substrato para o armazenamento de informação digital: a síntese de DNA a baixo custo.

Apesar de promissoras, as técnicas de síntese de DNA em laboratório trazem consigo implicações éticas importantes. Um dos principais questionamentos refere-se ao desenvolvimento de organismos sintéticos que podem, intencionalmente ou não, ser liberados na natureza. Outra grande preocupação é o uso dessas técnicas para a construção de armas biológicas. As discussões éticas a respeito desse novo campo da Biologia Sintética, do qual as ferramentas de síntese de DNA em laboratório são parte fundamental, não podem ser ignoradas e merecem um post em separado. Essa é uma área na qual precisamos, sem dúvida, avançar cautelosamente para que tenhamos na devida conta as variadas implicações, inicialmente previstas ou não, da técnicas que desenvolvemos.

A descoberta da estrutura do DNA, há 65 anos, teve uma enorme repercussão na Biologia. Hoje, essa molécula ainda nos surpreende. Talvez seja o DNA também a molécula que vai revolucionar a era digital!

Ana Almeida

Para saber mais:

Anderson et al. 2012. Engineering and ethical perspectives in synthetic biology: Rigorous, robust and predictable designs, public engagement and a modern ethical framework are vital to the continued success of synthetic biology. EMBO Rep., 3(7): 584-590.

Church, G.M.; Gao, Y.; Kosuri, S. 2012. Next-Generation Digital Information Storage in DNA. Science, 377(6102): 1628.

Erlich, Y.; Zielinski, D. 2017. DNA Fountain enables a robust and efficient storage architecture. Science, 355(6328): 950-954.

Goldman et al. 2013. Towards practical, high-capacity, low-maintenance information storage in synthesized DNA. Nature, 494(7435). DOI:  10.1038/nature11875

Kosuri, S.; Church, G.M. 2014. Large-scale de novo DNA synthesis: technologies and applications. Nature Methods, 11: 499-507.

(Foto: Digital DNA, Mirahorian Dan)

Evolução ao acaso? Os cinquenta anos da teoria neutralista

Desde sua formulação por Motoo Kimura e publicação, em 1968, a teoria neutralista da evolução tornou-se central para o estudo da evolução molecular, particularmente por fornecer uma maneira de fazer previsões que podem ser testadas com dados empíricos. A teoria neutralista sustenta que a maior parte da variação nas sequências de DNA não afeta as chances de sobrevivência e reprodução dos indivíduos que as possuem e, portanto, o destino da variação genética seria determinado por processos estocásticos, ou seja, processos aleatórios que ocorrem nas populações.

Motoo Kimura (13/11/1924-13/11/1994) iniciou sua carreira científica como citologista de plantas. Ele era fascinado por plantas desde a infância. Mas seu interesse pelos cromossomos diminuiu quando ele começou a desejar “fazer algo em genética como o que os físicos teóricos faziam na física”. A partir de então, entregou-se aos encantos abstratos da genética de populações. Determinado a entender os trabalhos de Sewall Wright, um dos fundadores do campo, Kimura fazia visitas frequentes ao departamento de matemática, frequentava aulas, fazia perguntas e aprendia sozinho com livros, até ganhar a familiaridade para compreender os argumentos de Wright, criticá-los e estendê-los.

Kimura foi então contratado para trabalhar no Instituto Japonês de Genética. A instalação ficava em um escritório improvisado que antes era uma fábrica de aviões de guerra. Não havia biblioteca, acesso a revistas científicas estrangeiras e nem colegas que compreendessem suas ideias e que pudessem discutir seu trabalho. Um deles, no entanto, havia estudado no famoso laboratório das moscas de Thomas Hunt Morgan, nos Estados Unidos. Taku Komai recomendou que Kimura completasse sua formação no exterior e o apresentou a um cientista norte-americano que trabalhava para a Comissão de Acidentes pela Bomba Atômica. Em pouco tempo, Kimura tinha uma bolsa de estudos, um apoio para viagem da Fulbright, um dos programas de bolsas de estudo mais prestigiosos do mundo, e uma passagem para Seattle.

Em 1953, Kimura atravessou o Pacífico, de Yokohama no Japão até Seattle, nos Estados Unidos, para iniciar seu Doutorado na Iowa State University, escapando da solidão e da austeridade do Japão no pós-guerra. Durante as duas semanas de viagem, Kimura se dedicou às equações e escreveu um artigo sobre como as populações evoluem quando a intensidade da seleção natural flutua aleatoriamente. Esse artigo foi apresentado em um conferência em Madison, Wisconsin, onde conheceu James F. Crow, com quem teria uma parceria intelectual duradoura, que marcou os nomes de ambos na história da genética de populações.

A evolução dos organismos depende do surgimento de variabilidade genética, criando novas versões dos genes – os alelos – e da variação na frequência desses alelos nas populações ao longo do tempo.  Isso acontece por meio de quatro processos: (1) mutação que gera variação, (2) migração, (3) seleção natural e (4) deriva genética. Os três últimos fatores mudam a frequência dos alelos nas populações, ao longo das gerações.

O destino das mutações que afetam as chances de sobrevivência e reprodução, ou seja, o fitness, de seu portador é determinada, em parte, pela seleção natural. Novos alelos que aumentem as chances de sobrevivência e reprodução de seus portadores tendem a ter um aumento de frequência na população. Essa é a chamada seleção positiva. Inversamente, novas mutações que diminuem as chances de sobrevivência e reprodução tendem a diminuir de frequência na população, por um processo chamado de seleção negativa ou purificadora. Por fim, é também possível que a nova mutação seja vantajosa apenas em heterozigotos (quando cromossomos homólogos portam diferentes alelos). Esses alelos são mantidos em frequências intermediárias, por um processo chamado de seleção balanceadora.

No entanto, as mutações que surgem nas populações não estão sujeitas apenas à ação da seleção natural. Vamos considerar, por exemplo, uma população na qual todos os indivíduos têm exatamente as mesmas taxas de sobrevivência, reprodução, fertilidade e viabilidade, ou seja, têm o mesmo fitness. Todos esses indivíduos teriam então a mesma chance de contribuir com seus alelos para a próxima geração e não haveria atuação da seleção natural. Nesses casos, com populações finitas, as frequências dos alelos podem mudar ao acaso, pela simples amostragem de gametas (já que nem todos os gametas produzidos gerarão indivíduos adultos na próxima geração). Em populações com cruzamento ao acaso, a amostragem de gametas é comparável a um sorteio. Esse processo é chamado de deriva genética. A deriva genética, assim como a seleção natural, leva a mudanças nas frequências dos alelos, mas, diferentemente da seleção natural, essa mudança é aleatória. Assim, mutações que não afetam a aptidão dos indivíduos, ou seja, mutações neutras, têm seu destino determinado essencialmente pela deriva genética. Essas mutações podem ser fixadas ou perdidas sem ação da seleção natural. A deriva genética já foi assunto deste blog.

Antes de um trabalho de Kimura de 1968, o consenso era de que a seleção natural tinha um papel dominante na evolução dos organismos. Assim, as diferenças que ocorrem entre espécies (divergência) seriam decorrentes de mutações que foram fixadas por meio da seleção natural e, dentro das espécies, o polimorfismo seria mantido por seleção balanceadora. Alelos são fixados quando atingem 100% de frequência em uma população, ou seja, todos os indivíduos o possuem em homozigose. Analisando novos dados empíricos e novos modelos matemáticos que desenvolvera, Kimura propôs uma nova teoria, desafiando a teoria selecionista. De acordo com ele, sua teoria sugere que a grande maioria das mudanças evolutivas ao nível molecular não são decorrentes da ação da seleção natural sobre mutações benéficas, mas da fixação de mutações neutras por meio do efeito cumulativo da deriva (devido ao tamanho populacional finito).

Logo após a publicação, sua teoria causou controvérsia entre seus colegas. Kimura chegou a ser erroneamente chamado de anti-Darwinista. No entanto, a ideia de que variações neutras poderiam existir, foi mencionada pelo próprio Darwin: “variações que não são benéficas nem prejudiciais não seriam afetadas pela seleção natural, e poderiam permanecer como um elemento flutuante, como vemos em certas espécies polimórficas, ou poderiam se tornar fixadas, devido à natureza do organismo e à natureza das condições”. Além disso, Kimura nunca negou o papel da seleção natural, apenas foi contrário a hipótese de que a maioria do polimorfismo nas populações e da divergência entre espécies fosse resultado da seleção. Sua teoria fez (e ainda faz) previsões testáveis sobre a evolução molecular de sequências, dentro e entre espécies. De fato, o aumento da disponibilidade de sequências de DNA permitiu testar suas previsões. Por exemplo, em sequências codificantes de proteínas, mudanças entre códons que codificam o mesmo aminoácido (substituições sinônimas) são mais frequentes que mudanças que levam à troca de aminoácidos (substituições não-sinônimas). Outra observação é de que a maioria das sequências não codificantes evolui a uma taxa mais rápida, ou seja, apresenta mais diferenças entre espécies. Essas observações contradizem a teoria selecionista, pois se a maioria das substituições que contribuem para a divergência das espécies tivesse sido fixada por seleção, seria esperada uma menor diferença nas regiões que não afetam o fenótipo (regiões não-codificantes e posições sinônimas dos códons).

O estudo da contribuição relativa da seleção natural e da deriva genética para o surgimento e a manutenção do polimorfismo (variação que ocorre entre indivíduos da mesma espécie) e da divergência (variação que ocorre entre as espécies, mas não dentro delas), ainda é tema de inúmeros trabalhos em evolução. Ainda não há uma resposta sobre qual processo seja o mais importante, e é provável que nunca haja, já que a contribuição desses processos varia de espécie para espécie. Cada espécie tem uma história demográfica diferente que pode deixar marcas em seu genoma. Importante aqui é que a teoria neutralista de Kimura forneceu o arcabouço teórico para os testes de seleção – a teoria virou a hipótese nula dos trabalhos em biologia evolutiva. Graças a ela, sabemos o que esperar se as sequências em estudo tiverem evoluído na ausência de pressões seletivas. Ao rejeitar essa hipótese, temos uma evidência de atuação de seleção natural.

Em 2018, a teoria neutralista de Kimura completou 50 anos e foi tema de um dos encontros mais importantes da área, o encontro da Sociedade de Biologia Molecular e Evolução. No encontro, Daniel Hartl, professor da Universidade de Harvard, também orientado por James Crow, conta que Kimura tinha um talento impressionante para matemática. Mas não era só isso que o impressionava. Seu esforço e dedicação era uma de suas características mais marcantes: “Motoo chegava ao laboratório todos os dias pontualmente às 8h e retirava alguns lápis do bolso de seu paletó. Apontava-os um a um e entrava em sua sala, onde ficava toda manha até às 13h. Saía, almoçava, apontava novamente seu conjunto de lápis e voltava para sua sala onde trabalhava em seus modelos até às 17h”. Repetindo essa rotina dedicada, Kimura conseguiu seu lugar na história da genética de populações.

Segundo J. B. S. Haldane a maior honra que um cientista pode ter é que sua teoria seja tão aceita que seu nome não esteja mais associado a ela. Nós não mencionamos mais Mendel quando realizamos experimentos de genética ou Sturtevant quando mapeamos cromossomos. Da mesma forma, a evolução por flutuação aleatória nas frequências alélicas é a hipótese nula de inúmeros estudos modernos de evolução molecular e genética de populações. Na maioria dos casos, Kimura não é citado e, curiosamente, esta é sua maior honra.

Tatiana T. Torres (USP)

Para saber mais:

Motoo Kimura (1968) Evolutionary rate at the molecular level. Nature, 217:624-26. — Artigo original escrito por Kimura, descrevendo a teoria neutralista.

Tomoko Ohta (1996) Motoo Kimura. Annual Review of Genetics, 30:1-5. — Revisão escrita pela Tomoko Ohta, cientista supervisionada por Kimura em seu pós-doutorado que depois tornou-se importante colaboradora. Junto com Kimura, propôs a teoria quase-neutra.

 

 

Os cientistas por trás das páginas impressas

Para aprender como a ciência é feita, é fundamental aprender a questionar o que é lido nos livros, dirigir perguntas aos seus autores, e engajar em diálogos com os cientistas que publicam artigos.

Um dos livros que usei no meu segundo ano de graduação, quando já me arrisquei numa disciplina optativa avançada de Biologia Molecular, foi o clássico Molecular Biology of the Gene, que tem James Watson como um dos autores. Esse livro servia de espinha dorsal para uma disciplina oferecida pelo professor Carlos Menck. Atualizado, bem ilustrado e escrito por uma equipe que representava a nata da biologia molecular, era a fonte mais completa para o assunto. Ao longo das aulas cobríamos o seu conteúdo, discutindo passo-a-passo os experimentos seminais da biologia molecular, os mecanismos biológicos sob ótica molecular, e os desafios que o futuro poderia trazer.

Entretanto, o processo de ler e discutir o livro ofereceu um aprendizado que ia muito além de suas páginas, e que eu não antecipava quando comecei o curso. Em várias ocasiões, ao ler um trecho ou examinar uma figura, a discussão liderada pelo Menck colocava em xeque algo que o livro afirmava. Ora era a interpretação de um experimento, em outras ocasiões surgia um certo ceticismo sobre a descrição de uma imagem, em outras era uma ressalva à ênfase seletiva em alguns achados, em detrimento de outros. Ali, pela  primeira vez na minha vida de estudante, eu tomava contato com o fato de que o que estava escrito num livro texto (e, nesse caso, de autoria de um prêmio Nobel!) podia ser desafiado, discutido, questionado. Aprendia que no estudo das ciências, mesmo diante dos livros mais respeitados, não precisávamos aceitar como autoridade inquestionável o que nos era apresentado. Isso, para mim, foi um divisor de águas. Como aluno, eu teria que ter algum grau de protagonismo no processo de aprendizado, deveria me posicionar criticamente sobre aquilo que lia.

Questionando o autor

Alguns anos mais tarde, já durante meu doutorado na Universidade da Califórnia, em Berkeley nos Estados Unidos, tive uma nova experiência marcante. Junto com alguns colegas havia lido um livro provocativo, de autoria do matemático e biólogo teórico Brian Goodwin (1931-2009). Tratava-se de How the Leopard Changed its Spots, no qual Goodwin argumentava que a ênfase excessiva nos processos de seleção natural deixava de contemplar a importância das leis da física no processo evolutivo. Para Goodwin, as leis que regem a interação entre moléculas e explicam como elas se difundem no espaço são essenciais para entender o processo de transformação dos seres vivos. Para ele, os organismos possuem suas formas atuais em função daquilo que as leis da física permitem, e não como consequência da ação da seleção natural. Na época achei essas ideias interessantes, mas me pareceu que relegar a seleção natural a um segundo plano, e tentar explicar o processo de adaptação com referência apenas a leis físicas era difícil de aceitar. Me parecia que uma ideia importante (a de que leis físicas têm um espaço importante a ocupar em teorias evolutivas) estava sendo levada longe demais.

Por uma feliz coincidência Goodwin visitou Berkeley nessa época, e os alunos marcaram uma reunião informal com ele, durante a qual poderíamos conversar sobre os seus trabalhos e ideias científicas em geral. Fui para a conversa munido de minhas críticas à forma como ele havia escanteado –- a meu ver, desnecessariamente— a seleção natural através de sua visão de transformação evolutiva regida por leis físicas. Para minha surpresa, encontrei um cientista muito mais afável e maleável do que a leitura do seu livro indicava. Se nas páginas escritas ele era enfático quanto à importância de desafiar a seleção natural, na conversa ele mostrou uma face conciliadora. Diante de minhas perguntas, ele sorriu amigavelmente e explicou que na hora de escrever o livro era importante “carregar um pouco nas tintas” para dar mais ênfase à sua mensagem, mas que ele certamente achava promissora uma teoria com espaço tanto para as leis da física, quanto para o processo de seleção natural. Ali, experimentei um novo divisor de águas. Vi que as ideias de um cientista se misturavam ao estilo que ele usava para persuadir seus leitores. Vi um exemplo de que o que está na página impressa é apenas uma face das ideias que um cientistas desenvolve, e uma face com vieses e — nesse caso pelo menos— alguma dose de exagero. Novamente, concluí que o protagonismo cabia ao leitor. O livro não “falava por si”, tinha que ter seu conteúdo filtrado, avaliado criticamente.

Alunos conversam com cientistas

Encerro meus relatos compartilhando uma experiência recente, realizada este ano na disciplina optativa que ministro na USP, chamada Genética Evolutiva. O curso teve como foco a modelagem de processos evolutivos, e nele discutimos as forças que moldam a variabilidade genética em populações. Entre os temas está como características como taxas de reprodução e tamanho dos gametas influenciam a diversidade genética (algo previamente abordado neste blog). Esse assunto foi abordado usando um artigo de autoria de Jonathan Romiguier, atualmente na Universidade de Lausanne. Também abordamos um outro processo que modula a diversidade genética, que é a seleção natural. Esse tema foi abordado usando um artigo de Tim Sackton, atualmente na Universidade de Harvard, que mostra que quando a seleção favorece uma mutação numa região do genoma, ocorre uma homogeneização na população não só no sítio selecionado, mas também em regiões vizinhas do genoma (num processo chamado carona genética, previamente discutido neste blog).

Os temas são desafiadores, e representam questões ainda em aberto, foco de muitos debates. Os artigos também trazem desafios, com tratamentos matemáticos sofisticados. Frente a isso propus embarcamos numa atividade pedagógica diferente. A minha ideia era dar aos alunos uma oportunidade para se dirigirem diretamente aos autores dos artigos que tínhamos lido, apresentando perguntas e ideias. Após entrar em contato com os dois autores (Tim Sackton e Jonathan Romiguier), acertei com eles uma data para que os alunos enviassem perguntas sobre os artigos. Os dois autores se comprometeram a enviar respostas às questões por escrito, num prazo compatível com a duração do curso.

Para a maioria dos alunos, era a primeira disciplina que os colocavam em contato com a  literatura primária. Além disso, os artigos haviam gerado uma grande quantidade de perguntas, tanto referente à compreensão do que era apresentado, como em relação às implicações dos achados relatados. Assim, a oportunidade de interagir diretamente com os autores era promissora.

O trabalho envolveu algumas etapas. Primeiro, os alunos se reuniram em grupos e propuseram duas perguntas para cada artigo. A seguir, eu me reuni com os grupos e discuti as perguntas, revisando a redação (em inglês), a precisão conceitual e a relevância. Desse processo chegamos a oito perguntas para cada autor, que foram enviadas. Três semanas depois, recebemos as respostas. Uma aula inteira foi dedicada à discussão de cada uma delas, com os grupos que haviam formulado a pergunta sendo responsáveis por comentar a respostas recebidas. Finalmente, na avaliação da disciplina, propus uma investigação da literatura baseada em alguma ideia que tinha sido levantada pela troca com os autores.

E o que aprendemos nesse processo

Primeiro, vimos que o processo de elaborar uma pergunta precisa sobre um trabalho científico é algo imensamente desafiador. Requer domínio do trabalho em questão, do contexto teórico em que ele se insere, e da detecção de um tema que ficou “em aberto”. Propor uma pergunta que será lida pelo autor é muito mais difícil do que simplesmente discutir o texto ou levantar críticas sem o desafio de compartilhá-las. Criticar textos que lemos é desejável, mas não é fácil.

Em segundo lugar, o trabalho científico pôde ganhar uma nova vida. No caso do Tim Sackton, por exemplo, ele nos contou como nasceu a ideia original do trabalho (motivado por um outro estudo, que havia mostrado que a variação genética é surpreendente homogênea entre os mais variados seres vivos). Enxergamos um pouco mais sobre o que levou aqueles pesquisadores a se lançarem naqueles projetos, na medida em que eles explicitaram, nas respostas às perguntas, as questões que os moviam.

Em terceiro lugar, a troca permitiu lançar um olhar sobre como a ciência é feita. Jonathan Romiguier, frente a questões sobre a relação entre taxas de especiação e diversidade genética, admitiu que essa é uma “hipótese comum, mas que eu pessoalmente não vejo apoiada…” para então elencar as razões. Ele diagnosticava uma visão predominante, abria espaço para sua opinião pessoal, para então explorá-la. Diante dos olhos dos alunos um debate atual ganhou vida, não filtrado por um livro texto, mas expresso nas palavras de um pesquisador que manifesta seu ceticismo sobre uma ideia estabelecida e indica caminhos futuros. É assim que a ciência é feita, mas nem sempre isso transparece nos livros ou artigos.

Em quarto lugar, os alunos puderam perceber que estão mais próximos de fazer contribuições científicas do que poderiam imaginar. Por exemplo, para algumas questões os autores iniciam suas respostas dizendo que “há de fato outros grupos trabalhando nessa questão”, e outras eles admitem “ser uma questão interessante”, para então ponderar os desafios necessários para levá-las adiante. Ficava claro que os alunos haviam assumido um protaganismo científico, identificando questões em aberto e propondo estratégias para abordá-las.  O comentário de um especialista servia para mostrar que os alunos já estavam numa posição de participar do diálogo de um modo informado, e não se restringir à posição de leitor do conteúdo gerado, sem ter nada a oferecer em troca.

Esses três relatos captam diferentes momentos da minha vida: como aluno de graduação, doutorando e professor. Todos têm um elemento central em comum: o aprendizado de que em ciência –assim como em outros aspectos de nossas vidas– a construção do conhecimento é uma atividade humana, falível e sujeita a idas e vindas, debates e críticas. Compreender isso nos coloca um pouco mais próximos de sermos agentes do processo que gera conhecimento.

Diogo Meyer (USP)

Para saber mais:

Os artigos que os alunos leram e discutiram com os autores foram:

R.B. Corbett-Detig, D.L. Hartl, T.B. Sackton, Natural Selection Constrains Neutral Diversity across A Wide Range of Species, PLoS Biol. 13 (2015) 1–25.

J. Romiguier, P. Gayral, M. Ballenghien, a. Bernard, V. Cahais, a. Chenuil, Y. Chiari, R. Dernat, L. Duret, N. Faivre, E. Loire, J.M. Lourenco, B. Nabholz, C. Roux, G. Tsagkogeorga, a. a.-T. Weber, L. a. Weinert, K. Belkhir, N. Bierne, S. Glémin, N. Galtier, Comparative population genomics in animals uncovers the determinants of genetic diversity, Nature. 515 (2014) 261–263

Imagem de abertura: Gabriel Sainz