Por que algumas pessoas são mais suscetíveis a casos graves de COVID-19?

Semana passada um avanço importante ocorreu em nosso entendimento de por que algumas pessoas são mais suscetíveis a apresentar quadros graves de COVID-19: autoanticorpos contra diferentes formas de Interferon são uma das explicações.

Desde o início da pandemia da COVID-19, o vírus associado à doença, SARS-CoV-2, infectou pelo menos 211.373.303 pessoas, resultando em 4.424.341 mortes, conforme dados disponibilizados pela OMS em 20/08/2021. Considerando-se subnotificações de casos e mortes pela doença, pode-se estimar que ela causou de 7 a 9 milhões de mortes em todo o mundo. O Brasil é um dos epicentros da doença, registrando até o momento, conforme dados da OMS, 20.556.487 casos confirmados desde o começo da pandemia e 574.209 mortes. Isso significa que cerca de 13% das mortes por COVID-19 aconteceram no país, o que é muito significativo, como podemos perceber ao recordar que 2,8% da população mundial vive no Brasil. Aproximadamente uma em cada 8 pessoas que morreram dessa doença vivia no país. São números desoladores, que devem mobilizar-nos cada vez mais para compreender a doença e tomar as medidas necessárias para evitar contraí-la e disseminá-la.

Um dos aspectos mais importantes é entender por que algumas pessoas exibem maior susceptibilidade a apresentar quadros graves da doença. Há, afinal, uma enorme variabilidade nos quadros clínicos durante a infecção aguda pelo SARS-CoV-2 – Isso sem falar na variabilidade dos quadros de longo termo em pessoas que contraíram a doença, da qual não trataremos aqui. Enquanto 90% das pessoas exibem infecção silenciosa (assintomática) ou suave (paucissintomática), sem necessitar de hospitalização, 10% dos casos requerem admissão no hospital, com pneumonia, e 2% sofrem falência respiratória.

Aos poucos, um quadro mais claro sobre as razões para essa diferença entre quadros suaves e graves vai se formando. Não faz uma semana que um avanço importante foi relatado por Paul Bastard e colaboradores no periódico Science Immunology. Desde os primeiros dias da pandemia, já se sabe que a idade é um dos principais fatores epidemiológicos de risco de hospitalização ou morte por pneumonia causada por COVID-19. O risco desses desfechos da doença dobra a cada cinco anos de idade. Sabe-se também que as frequências de doença crítica e morte são maiores em homens do que em mulheres.

Anteriormente, já havia sido mostrado que erros inatos relacionados à indução e amplificação de Interferons do tipo I poderiam estar associados a pneumonia grave decorrente de COVID-19 em um pequeno conjunto de pacientes. Os Interferons do tipo I constituem um grande grupo de proteínas que atuam na regulação da atividade do sistema imune. Esse achado sugeria, então, que a ação regulatória dessas proteínas é importante para a proteção contra infecção respiratória por SARS-CoV-2. Além disso, estudos anteriores já indicavam que autoanticorpos, ou seja, anticorpos produzidos pelo sistema imune que atacam proteínas do próprio indivíduo, poderiam ter papel relevante no quadro clínico da doença. Em estudo anterior do mesmo grupo de pesquisadores, autoanticorpos capazes de neutralizar dois tipos de Interferon (IFN) – IFN-a2 e/ou IFN-ω – foram detectados no sangue de pelo 10% dos pacientes exibindo pneumonia grave por COVID-19 numa coorte internacional, enquanto não foram encontrados em qualquer um dos pacientes assintomáticos ou com infecção suave. Quando se afirma que um anticorpo neutraliza uma outra substância, o que se está dizendo é que ele inativa (neutraliza) seu efeito sobre o funcionamento de um organismo. Nesse mesmo estudo, foi observada uma grande consistência entre a presença de autoanticorpos e a idade e o sexo como fatores de risco: autoanticorpos contra IFN-a2 e/ou IFN-ω foram encontrados principalmente em homens (95%) e pessoas mais idosas (acima de 65 anos). Os mesmos achados foram replicados em estudos independentes realizados em Amsterdam, Lyon, Madrid, New Haven, San Francisco, bem como em amostras de um banco de plasma de pacientes de COVID-19, indicando claramente um padrão que merecia investigação ulterior, prometendo maior entendimento sobre a variabilidade dos quadros clínicos da doença.

Uma dúvida razoável que se poderia levantar diz respeito à possibilidade de que esses autoanticorpos contra diferentes tipos de Interferon sejam uma consequência da COVID-19 e não uma causa associada à gravidade do quadro clínico. As evidências disponíveis indicavam, contudo, que este não era o caso: autoanticorpos contra Interferons do tipo I haviam sido encontrados em cerca de 0,3% de uma amostra de 1.227 indivíduos da população em geral obtida antes da pandemia, indicando que os autoanticorpos são anteriores à infecção por COVID-19, tendo um possível papel causal na COVID-19 crítica, em vez de terem sido produzidos em decorrência dela.

Diante dessas evidências, Paul Bastard e colaboradores se propuseram a testar duas hipóteses no estudo que relataram semana passada: primeiro, que autoanticorpos neutralizando concentrações de Interferons do tipo I abaixo de 10 ng/mL (nanogramas/mililitro, um grama [g] corresponde a 1.000.000.000 nanogramas) poderiam estar subjacentes a pneumonia grave decorrente de COVID-19 em mais de 10% dos casos; segundo, que a prevalência de autoanticorpos contra Interferons do tipo I na população geral, não-infectada, aumentaria com a idade e seria maior em homens do que em mulheres.

Evidências a favor da hipótese de que autoanticorpos contra Interferons do tipo I subjazem casos de COVID-19 grave

Bastard e colaboradores mostraram, em termos gerais, que autoanticorpos capazes de neutralizar concentrações de Interferons do tipo I menores do que aquelas anteriormente relatadas, mas ainda assim maiores do que as concentrações fisiológicas, são comuns na população mais idosa, com sua prevalência aumentando com a idade na população geral não-infectada por COVID-19, chegando a 4% em indivíduos com mais de 70 anos. Eles estão associados a pelo menos 20% dos casos de COVID-19 crítica em pacientes com mais de 80 anos e a cerca de 20% de todas a mortes causadas por essa doença. Pessoas com mais de 80 anos que apresentavam quadros graves de COVID-19 possuíam em seu sangue autoanticorpos capazes de neutralizar concentrações tão baixas quanto 100 pg/mL (picogramas/mililitro, um grama [g] corresponde a 1.000.000.000.000 picogramas) de IFN-α2 e/ou IFN-ω.

O estudo também mostrou que esses autoanticorpos estavam presentes em mais de 13,6% de todos os pacientes exibindo esse quadro clínico, em todas as faixas etárias, e que pelo menos 18% dos indivíduos falecidos devido à doença apresentavam, na maioria das faixas etárias, esses autoanticorpos. Considerando o Interferon beta – IFN-β -, autoanticorpos dirigidos contra essa proteína foram encontrados em cerca de 1,3% dos pacientes com doença crítica e falecidos, a maioria dos quais não exibiam autoanticorpos contra IFN-α2 e/ou IFN-ω. Entre os pacientes investigados, amostras anteriores à COVID-19 estavam disponíveis em quatro deles, tendo sido mostrado claramente que autoanticorpos contra IFN-α2 e/ou IFN-ω estavam presentes antes da infecção por SARS-CoV-2.

Foi observado que a prevalência de autoanticorpos neutralizando 10 ng/mL e 100 pg/mL de Interferons do tipo I, com exceção de IFN-β, aumenta significativamente com a idade, na população em geral: no caso da primeira concentração de IFNs, 0,17% dos indivíduos com menos de 70 anos testaram positivo para esses autoanticorpos, 1,4% após a idade de 70 anos e 4,2% entre 80 e 85 anos; para a segunda concentração, 1,1% abaixo de 70 anos, 4,4% após os 70 e 7,1% entre 80 e 85. Esse aumento observado com a idade é consistente com outros estudos acerca de vários autoanticorpos, realizados desde os anos 1960.

Este é um achado muito importante: autoanticorpos contra Interferons do tipo I, que não acarretam efeitos clínicos antes da infecção por SARS-CoV-2, oferecem uma explicação convincente do significativo aumento no risco de COVID-19 crítica entre as pessoas mais idosas. Além disso, autoanticorpos neutralizando 100 pg/mL de Interferons do tipo I em plasma diluído dez vezes, correspondendo, portanto, a uma neutralização de 1 ng/mL em condições fisiológicas, podem estar envolvidos em pelo menos 18% das mortes e mais de 20% dos casos críticos em pessoas com mais de 80 anos. Como argumentam os autores, é tentador especular que uma proporção ainda maior de casos de COVID-19 com risco de morte tenham relação com a ação desses autoanticorpos, devido à sua capacidade de neutralizar Interferons do tipo I em concentrações fisiológicas menores. Afinal, eles mostraram in vitro que concentrações dessas proteínas tão baixas quanto 100 pg/mL podem impedir a replicação de SARS-CoV-2 em células epiteliais, sendo que as concentrações detectadas em pacientes com infecção aguda por SARS-CoV-2 que não exibiram quadros graves se encontrava entre 1 e 100 pg/mL. Logo, a capacidade dos autoanticorpos de neutralizarem concentrações tão baixas provavelmente têm grande significado clínico, ainda maior do que aquele que já foi evidenciado pelo estudo.

Por fim, é muito relevante o fato de que os resultados do estudo sugerem que a neutralização de apenas um dos Interferons do tipo I (IFN-α2, IFN-ω, ou IFN-β) pode estar subjacente a quadros de COVID-19 que envolvem riscos à vida.

As consequências propostas: implicações para saúde pública e tratamento de pacientes

São muitas as consequências que Bastard e colaboradores indicam no trabalho publicado na semana passada. Reproduzimos aqui essas indicações, sem perder de vista que há muitas qualificações necessárias em relação a elas. Não é trivial, por exemplo, propor extensa testagem de pacientes e população em geral para detectar autoanticorpos contra Interferons. Se ponderarmos as relações de custo e benefício, seria melhor priorizar o uso de recursos em tal testagem ou na aquisição de vacinas. Como esses custos e benefícios se distribuem em diferentes países, em termos dos recursos disponíveis, da cobertura vacinal, da fase em que se encontra a pandemia, de variáveis demográficas? Em vista desses aspectos, não se pode tomar essas medidas como universalmente válidas. Elas podem ser mais ou menos eficazes a depender de muitas variáveis contextuais.

Dito isso, vale a pena considerar as consequências que os autores percebem em seus achados:

  • Poderia ser importante testar tanto pacientes infectados por SARS-CoV-2 quanto a população em geral para detecção e verificação da atividade neutralizadora de autoanticorpos contra Interferons do tipo I. Esses testes deveriam ser realizados para autoanticorpos contra pelo menos três Interferons: IFN-α2, IFN-ω e IFN-β. Os resultados obtidos também indicam a pertinência de dar prioridade a tais testes entre pessoas mais idosas e pacientes com condições genéticas ou autoimunes associadas com autoanticorpos contra Interferons do tipo I.
  • Pacientes exibindo autoanticorpos contra Interferons do tipo I poderiam ter prioridade de vacinação contra COVID-19.
  • Vacinas vivas atenuadas, incluindo vacina contra o vírus da febre amarela ou vacinas contra SARS-CoV-2 usando aquele vírus como plataforma ou “backbone”, não deveriam ser aplicadas a pacientes exibindo esses autoanticorpos.
  • Embora pareçam saudáveis antes da infecção por SARS-CoV-2, esses pacientes deveriam ser monitorados para outras doenças virais.
  • Indivíduos não-vacinados que possuem autoanticorpos contra Interferons do tipo I deveriam, em caso de infecção por SARS-CoV-2, ser hospitalizados, devido aos riscos de agravamento do quadro clínico. Entre os indicativos para seu tratamento que seguem dos estudos, pode-se comentar sobre a possibilidade de administração precoce de anticorpos monoclonais contra SARS-CoV-2 em tais pacientes, mesmo na ausência de sintomas de pneumonia severa, e de IFN-β na ausência tanto de pneumonia quanto de autoanticorpos contra IFN-β. Tratamento de resgate por plasmaférese seria outra opção terapêutica em pacientes que já apresentam pneumonia. É evidente que, em qualquer caso de recomendação de tratamento, seria preciso verificar a disponibilidade de estudos clínicos de qualidade apoiando sua indicação.
  • Hemoderivados, especialmente plasma, deveriam ser testados para autoanticorpos contra Interferons do tipo I e quaisquer produtos contendo esses anticorpos deveriam ser excluídos da doação.
  • Considerando que uma injeção única de IFN-β é inócua e potencialmente eficaz, terapia precoce com IFN-β poderia ser considerada para contatos de pessoas com COVID-19 ou durante a primeira semana após a infecção, especialmente em pacientes idosos, com maior risco de pneumonia crítica, exibindo autoanticorpos contra IFN-α2 e IFN-ω, mas não contra IFN-β. Novamente, nesse caso seria preciso verificar a disponibilidade de evidência favorável ao tratamento, oriunda de estudos clínicos de qualidade.
  • Será importante elucidar o mecanismo subjacente ao desenvolvimento de autoanticorpos contra Interferons do tipo I, que pode diferir entre pacientes com menos e mais de 65 anos de idade.

A presença desses autoanticorpos contra Interferons do tipo I certamente não é a única causa de casos graves de COVID-19, como mostram claramente os percentuais de pacientes com tal quadro clínico nos quais foram encontrados. Ela é, no entanto, uma peça muito importante, entre muitas outras, do quebra-cabeças da variabilidade do quadro clínico da doença, com consequências muito importantes para a saúde pública e o tratamento dos pacientes, como destacamos acima. O estudo que hoje discutimos é um belo exemplo da importância da pesquisa científica para enfrentar a situação grave que vivemos.

Charbel N. El-Hani

(Instituto de Biologia/UFBA)

PARA SABER MAIS

Bastard, Paul et al. (2021). Autoantibodies neutralizing type I IFNs are present in ~4% of uninfected individuals over 70 years old and account for ~20% of COVID-19 deaths. Science Immunology, no prelo.

O gigante adormecido que pode definir o futuro do planeta

Desastres naturais têm se tornado constantes nas notícias, especialmente nos últimos dois anos: queimadas das matas tropicais, incêndios de grandes proporções na América do Norte e Europa, chuvas torrenciais e inundações na Ásia e, surpreendentemente, no norte da Europa. Em agosto de 2021, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC) foi categórico em seu sexto relatório ao atribuir a atividades humanas a intensificação do processo de mudanças climáticas. O documento conecta a emissão de gases estufa ao aumento da temperatura média global, salientando que em menos de 10 anos a mesma deve aumentar no mínimo em 1,5°C em relação ao período pré-industrial. Caso as expectativas se confirmem, esse aumento deve levar a um aceleramento no derretimento das calotas de gelo polares e a sucessivos aumentos no nível do mar, além de eventos climáticos acentuados e incomuns em diferentes regiões do planeta. Embora todas essas mudanças sejam desastrosas já a curto prazo, um processo silencioso e potencialmente mais letal está ocorrendo em um tipo de solo da região em altas latitudes que ocupa 25% das terras do hemisfério norte, o equivalente a cerca de 13 milhões de quilômetros quadrados, conhecido por permafrost. Por definição, permafrost é qualquer solo que se mantém congelado por mais de dois anos consecutivos. Esse solo se originou durante ou desde a última glaciação e é composto de rochas, sedimentos e água congelada, que atua como cimento entre os materiais. A profundidade do permafrost pode chegar a 1500 metros, sendo coberto por uma camada fina, entre 30-200 centímetros de solo ativo, que descongela nos períodos quentes do ano (figura 1). O congelamento e descongelamento dessa parte superior, o solo ativo, forma uma estrutura geométrica na superfície, indicando facilmente as regiões de permafrost (figura 2).

Figura 1. Desenho esquemático mostrando a estrutura do solo em regiões de permafrost. A camada superior, hachurada, indica a camada ativa do solo. O permafrost está representado em marrom claro. Em marrom escuro, o solo não congelado.
Figura 2. Figuras poligonais indicando a presença de permafrost no subsolo, originada pelo congelamento e descongelamento da água próxima ao solo ativo.

Com o aumento da temperatura global, há um aumento da extensão de descongelamento do solo ativo, podendo levar ao descongelamento da parte superior do permafrost. Caso essa camada não seja congelada outra vez, o solo ficará instável, pois não haverá mais o gelo como ligamento entre as rochas e os sedimentos orgânicos acumulados ao longo dos milhares de anos. Essa instabilidade pode levar ao aumento da erosão, deslizamentos de terra e avalanches. Além disso, como o permafrost é impermeável, ao ser descongelado ele passa a ser poroso, podendo levar ao desaparecimento de corpos de água por infiltração no solo ou drenagem. Assim, milhões de litros de água doce seriam perdidos. Esses fatores levariam a perda de todo um ecossistema que representa um quarto de nosso planeta. No entanto, embora sérias, essas mudanças locais não são as consequências mais graves ao nível global. Existem dois pontos importantes relacionados ao desgelo do solo que podem mudar drasticamente a vida do planeta.

O primeiro deles é a grande quantidade de matéria orgânica enterrada, congelada e preservada no permafrost. Quando o solo descongela, essa matéria orgânica fica exposta a microrganismos que quebram os compostos de carbono em metano e dióxido de carbono, os gases responsáveis pelo efeito estufa. A liberação dessa grande quantidade de gases leva a uma aceleração do aquecimento global, que por sua vez levará ao descongelamento de mais camadas de permafrost, que então levará a outra aceleração no aquecimento global, e assim sucessivamente. Esse processo é conhecido como Ciclo do Carbono do Permafrost, e é irreversível em escalas de tempo curtas (poucas centenas de anos). Embora o aquecimento leve também a um aumento da vegetação na região, essa nova vegetação só conseguiria remover uma pequena parte do carbono liberado. A quantidade de carbono presente na matéria orgânica do permafrost é de aproximadamente 1500 gigatoneladas, o que representa duas vezes a quantidade atual de carbono na atmosfera. Cientistas preveem a liberação de 10% dessa quantidade nos próximos 80 anos, caso não haja uma diminuição no ritmo do ciclo de carbono do pemafrost, o que depende de medidas globais para redução de emissão de gases poluentes.

Uma segunda consequência seria a liberação de patógenos congelados há milhares de anos no solo. A descoberta de carcaças congeladas de animais extintos (Figura 3) tem sido cada vez mais comum nas regiões de alta latitudes, em consequência do descongelamento do solo. Congeladas junto com esses animais estão diferentes vírus e bactérias que podem permanecer inativos por centenas de anos. Neste sentido, o descongelamento dessas regiões poderia potencialmente abrir uma caixa de pandora biológica. Em 2016, na Sibéria, um jovem de 12 anos faleceu após uma infecção por anthrax, que deixou dezenas de pessoas hospitalizadas. Mais tarde, foi constatado que a origem da infecção foi um cervo que havia morrido dessa mesma infecção há quase um século (durante uma pandemia que dizimou mais 1 milhão de animais), mantido congelado no permafrost, e recentemente reexposto ao ambiente após o descongelamento do solo. O caso do anthrax pode não ser um evento isolado, dado que várias bactérias, fungos e vírus, já foram descongelados em experimentos, voltando a ser plenamente ativos. Algumas dessas bactérias se mostraram resistentes a grande parte dos antibióticos conhecidos.

Figura 3. Filhote de leão de 44 mil anos recuperado no permafrost da Sibéria.

A temperatura dos permafrost tem aumentado no último meio século, em algumas regiões registrando aumento de 3°C em menos de uma década, enquanto em outras a temperatura permanece estável. O processo é rápido e irreversível devido à retroalimentação de seu ciclo de carbono, e pode ter consequências não só nos ecossistemas, mas no surgimento de novas epidemias. Em vista disso, são necessárias ações globais coordenadas, principalmente por parte das nações industriais, para diminuição da emissão de gases de efeito estufa, no intuito de evitar um colapso ambiental ainda nesse século.

 Tábita Hünemeier

IB/USP

PARA SABER MAIS:

van Huissteden, J (2020) Thawing Permafrost: Permafrost Carbon in a Warming Arctic. Springer International Publishing, 508pp.

A pandemia não acabou, que máscara devo usar para evitar a Covid-19?

Mais de 550 mil brasileiros já perderam suas vidas desde o início da pandemia por Covid-19. Novas cepas vêm preocupando autoridades de diversos países. Mesmo com a diminuição de casos, há grande preocupação com novas variantes no Brasil. Dessa forma, ainda é necessário o uso de máscaras de proteção para evitar contaminação pela Covid-19. Mas qual máscara devemos usar? Ainda não sabe ou tem dúvidas, fica com a gente aqui neste post que vamos falar um pouco sobre isso.

Aqui no Darwinianas já tratamos sobre vários aspectos da pandemia do novo coronavírus, SARS-Cov2. Em um post recente tratamos de uma nova possibilidade de vacina, através das vias aéreas superiores. Em outro post, tratamos sobre os movimentos anti-vacina. Caso ainda tenha dúvidas sobre a eficácia e o histórico sobre a vacinação, não deixa de ler esses textos. Felizmente, graças ao aumento do número de pessoas vacinadas, estamos observando uma redução importante no número de novos casos e de óbitos (Figura 1). Mesmo assim, a Fiocruz vem alertando sobre uma alta esperada devido ao inverno, estação do ano que historicamente registra maior incidência de doenças respiratórias. Nos EUA, depois de uma grande queda no número de novos casos e mortes relacionadas à COVID-19, infelizmente estamos observando aumento. Resumindo: ainda estamos em pandemia e todo o cuidado é pouco.


Figura 1 – Número de novos confirmados (A) e número de novos óbitos devido a Covid-19 (B) no Brasil. Fonte: Painel Rede Covida – Ciência, Informação e Solidariedade. Última Atualização: 29-07-2021 às 20:47h.Fonte de Dados: Ministério da Saúde e Secretárias Estaduaishttps://covid19br.wcota.me/.

Com as melhoras momentâneas, com a liberação de espaços públicos pelas autoridades e depois de tanto tempo de confinamento e distanciamento social, as pessoas de modo geral tendem a querer retomar as atividades sociais de modo bem intenso. Aqui em Salvador, por exemplo, podemos testemunhar praias lotadas neste final de semana, mesmo com ventos fortes e céu nublado. Desde o início da pandemia, muitas pessoas não têm usado máscaras, enquanto outras usam de modo equivocado, deixando o nariz e às vezes até a boca do lado de fora. Agora, com o aumento da vacinação e com a redução do número de casos, mais pessoas estão abandonando totalmente o uso de máscaras, o que não é uma decisão apropriada.

Outra questão diz respeito à escolha por máscaras adequadas. Muitas vezes há dúvidas sobre que tipo de máscara deve ser usada. As de pano, cirúrgicas ou de maior proteção, como a N95? Essa dúvida é genuína e há muita informação contrastante nas redes. Até pouco tempo havia falta de evidências empíricas sobre a efetividade e o risco de cada tipo de máscara como meio de evitar contaminação pelo SARS-CoV-2.

Hoje, sabemos com mais segurança que a transmissão da Covid-19 se dá majoritariamente por perdigotos e aerossóis. Sabemos também que as máscaras de proteção são importantes para prevenir que as pessoas contraiam a doença, reduzindo a inalação de partículas virais, mas também para que não a transmitam, reduzindo a sua emissão (ver abaixo em “Para Saber Mais”). Até então, na literatura científica, as evidências eram muito contrastantes sobre a efetividade do uso de máscaras na proteção contra o vírus. Por um lado, alguns estudos mostravam que a penetração viral pode ser considerável em máscaras cirúrgicas e até mesmo em máscaras de maior nível de proteção, como as PFF2 e as N95, e que, em casos de alta emissão de partículas, em espirros e tosse, aumenta a probabilidade de penetração de carga viral considerável através das máscaras. Além disso, em estudos clínicos, não se chegou a resultados conclusivos sobre a efetividade das máscaras contra a Covid-19. Por outro lado, diversas observações mostram que regiões ou instituições com alto percentual da população aderindo ao uso de máscaras têm melhor controle da doença. Em estudo recente publicado no dia 25 de junho de 2021, na revista Science, pesquisadores investigaram a efetividade das máscaras para proteção contra o vírus SARs-CoV-2, causador da Covid-19, utilizando modelos matemáticos.

Neste artigo, os autores desenvolveram um modelo quantitativo que estima a eficiência das máscaras, considerando a abundância de partículas virais no ambiente, ou seja, se o ar está muito “lotado” ou não de vírus. Os autores encontraram que a eficiência das máscaras depende profundamente da quantidade de vírus presente no ambiente (Figura 2). Por exemplo, em ambientes fechados, onde reconhecidamente há mais pessoas contaminadas, como em hospitais, as chances de contaminação são muito mais altas. Neste caso devemos procurar usar máscaras com menores taxas de penetração, como PFF2 e N95. Em ambientes abertos, com menos concentração viral, as máscaras cirúrgicas são mais efetivas, segundo o estudo.


Figura 2 – Representação esquemática de ambientes com alta (A) e baixa (B) abundância viral e eficácia das máscaras de proteção. Fonte: Imagem modificada do artigo Cheng e colaboradores (2021).

Agora você pode estar exclamando: “mas isso é obvio!”… será?! A partir dos resultados deste trabalho podemos medir um pouco melhor nosso comportamento e procurar mais proteção a depender do ambiente que estamos. Assim, podemos evitar custos excessivos com máscaras de altíssima proteção para frequentar ambientes abertos, com poucas pessoas, com distanciamento entre pessoas. Podemos também intensificar a proteção usando máscaras adequadas para ambientes fechados e com alta concentração de pessoas, o que aumenta por sua vez a probabilidade maior abundância viral.

O que era senso comum passou a ser evidência científica gerada por modelos matemáticos. O distanciamento físico entre as pessoas em ambientes abertos, associado a uso de máscaras, é ainda muito importante para barrarmos os avanços da pandemia, mesmo neste cenário atual, onde parte da população brasileira está vacinados. Não temos bola de cristal e não podemos prever o futuro, mas sabemos que cepas mais virulentas do vírus estão circulando em diversos países. Por isso, não custa muito continuarmos usando as máscaras de modo adequado.

Pedro Milet Meirelles

Laboratório de Bioinformática e Ecologia Microbiana

Instituto de Biologia da UFBA

meirelleslab.org

Para Saber mais:

Grinshpun, Sergey A., et al. “Performance of an N95 filtering facepiece particulate respirator and a surgical mask during human breathing: two pathways for particle penetration.” Journal of occupational and environmental hygiene 6.10 (2009): 593-603.

Chu, Derek K., et al. “Physical distancing, face masks, and eye protection to prevent person-to-person transmission of SARS-CoV-2 and COVID-19: a systematic review and meta-analysis.” The lancet 395.10242 (2020): 1973-1987.

Zhang, Renyi, et al. “Identifying airborne transmission as the dominant route for the spread of COVID-19.” Proceedings of the National Academy of Sciences 117.26 (2020): 14857-14863.

Brooks, John T., Jay C. Butler, and Robert R. Redfield. “Universal masking to prevent SARS-CoV-2 transmission—the time is now.” Jama 324.7 (2020): 635-637.

Tem cheiro de vacina no ar…

No momento, ao menos sete vacinas intranasais contra COVID-19 estão em testes clínicos. Elas oferecem um caminho futuro para imunização efetiva e duradoura contra a COVID-19 e um possível controle da pandemia.

A primeira vacina desenvolvida em larga escala no Ocidente é creditada ao médico inglês Edward Jenner que, no século XVIII, utilizou a secreção purulenta de doentes para prevenir o desenvolvimento da varíola em pessoas saudáveis. E a varíola foi, também, a primeira doença infecciosa a ser erradicada da população por meio da vacinação. Desde então, o uso de vacinas na prevenção de doenças contagiosas tornou-se uma prática comum na medicina, salvando a vida de centenas de milhões de pessoas, e aliviando altos custos dos sistemas de saúde dedicados ao tratamento de doentes. Mas, desde o surgimento das primeiras vacinas, surgiram também os movimentos anti-vacina e um post recente aqui do Darwinianas, discute a história dos movimentos anti-vacina no Brasil e no mundo. Sugiro fortemente a leitura do post anterior caso ainda esteja em dúvida a respeito da efetividade e segurança das vacinas já aprovadas para uso, ou confusa em meio às variadas teorias da conspiração e campanhas de desinformação.

As estatísticas são assustadoras: em menos de dois anos, o SARS-CoV-2 já matou mais de 4 milhões de pessoas em todo o mundo, sendo que mais de 500 mil mortes são creditadas ao Brasil apenas. O desenrolar da vacina vem, sem dúvida, tendo impactos positivos significativos tanto no número de novos casos quanto no número de mortes por COVID-19, principalmente em regiões com altos índices de vacinação da população. Para os não-vacinados, ou aqueles que ainda aguardam a sua vez, o uso de máscaras e o distanciamento social ainda são as medidas mais eficazes na prevenção do COVID-19, já que o vírus, altamente contagiante, é transmitido por aerossóis e gotículas emitidas pelo sistema respiratório. Assim, na esmagadora maioria dos casos, a porta de entrada do vírus é o trato respiratório superior, sendo o nariz a via de entrada mais comum. Curiosamente, das quase cem vacinas atualmente em fase de testes, apenas sete são vacinas intranasais.

A idéia de vacinas intranasais não é nada nova, e desde a década de 1960 as primeiras vacinas intranasais para o vírus da influenza foram aprovadas para uso em massa. Até hoje, muitas das vacinas contra a gripe causada pelo vírus Influenza, são administradas por via intranasal e a razão para o seu uso deve-se ao fato de que essas vacinas normalmente estimulam uma resposta imune na mucosa nasal, levando à produção local de anticorpos do tipo IgA, assim como à produção de células B e T de memória da mucosa, capazes de barrar a infecção viral desde o seu local de entrada (Figura 1). Em alguns casos, ainda, essa resposta pode se tornar sistêmica, levando à produção de anticorpos do tipo IgG, capazes de proteger outros órgãos contra o desenvolvimento de doença grave. Já vacinas intramusculares raramente estimulam imunidade de mucosa, resultando geralmente em imunidade sistêmica baseada, em larga escala, na produção de IgG e células de memória sistêmicas.

Figura 1 – Diferentes vias de vacinação e seus efeitos no sistema imunológico. Imagem modificada de Lund & Randall (2021), Science.

Por que, então, as vacinas até hoje aprovadas para a prevenção do COVID-19 são intramusculares, como as vacinas de mRNA (como, por exemplo, a Pfizer-BioNTech e a Moderna), ou as vacinas que utilizam um vetor viral atenuado (como, por exemplo, a Janssen da Johnson & Johnson e a Oxford-Astra-Zeneca)? Segundo um artigo recente, seis das sete vacinas intranasais em fase de teste (ChAdOx1-S da Universidade de Oxford; AdCOVID da Altimmune; a BBV154 da Bharat Biotech; a DelNS1-nCoV-RBD LAIV da Universidade de Hong Kong, a MV-014-212 da Meissas Vaccines; e a COVI-VAC da Codagenix) são vacinas de vírus atenuado ou de vetor viral, enquanto apenas uma, a Cubana CIBG-669 é baseada em proteína viral. Estudos ainda em revisão (pré-publicações) a respeito da eficácia das vacinas intranasais com vetores virais sugere que essas vacinas são eficazes não apenas em eliciar uma resposta imune na mucosa nasal e a produção de células de memória residentes na mucosa, mas também de estimular uma resposta sistêmica, possivelmente com a produção duradoura de anticorpos do tipo IgG. No entanto, os vetores virais mais frequentemente utilizados em vacinas intranasais são os adenovírus, e uma grande parcela da população adulta já foi exposta a esses vírus. Isso significa que, em muitos casos, uma resposta imune contra o adenovírus pode diminuir a eficácia da vacina contra o SARS-CoV-2 por meio de interferência negativa. Similarmente, interferência negativa parece acontecer nas vacinas intranasais que utilizam o vírus influenza ou o vírus respiratório sincicial atenuado.  Mas, em muitos casos, a estimulação da imunidade de mucosa parece ocorrer de forma efetiva, independente do contato prévio do indivíduo como vetor viral.

Diferentes vias de administração de vacinas, como a administração intranasal e a intramuscular (Figura 1), podem resultar na estimulação do sistema imunológico de variadas maneiras. De forma semelhante, vacinas baseadas em diferentes tecnologias, como as vacinas de DNA, vacinas de RNA e vacinas de vírus atenuados, podem elicitar diferentes respostas imunes assim como apresentar diferentes efeitos colaterais. É possível, no entanto, que o futuro da vacinação para COVID-19 seja o de uma abordagem variada, onde a imunidade sistêmica promovida pelas vacinas intramusculares, geralmente protetora contra doença pulmonar grave, seja combinada a doses de reforço com vacinas intranasais, capazes de gerar também imunidade na mucosa nasal, e potencialmente interromper a transmissão do vírus localmente. Não há, até o momento, nenhuma contra-indicação para um esquema de vacinação variado em termos de vias de administração, apesar de mais estudos ainda serem necessários para a confirmação da eficácia de uma tal abordagem. A introdução de vacinas intranasais pode ser, assim, um passo importante para o controle da pandemia de COVID-19 que ainda vivemos.

Ana Almeida

California State University East Bay

(CSUEB)

 Para saber mais:

Islam, M.S.; et al. 2021. COVID-19 vaccine rumors and conspiracy theories: The need for cognitive inoculation against misinformation to improve vaccine adherence. PLoSOne https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251605.

Hodgson S.H.; et al. 2021. What defines an efficacious COVID-19 vaccine? A review of the challenges assessing the clinical efficacy of vaccines against SARS-CoV-2. The Lancet Infectious Diseases, 21(2): e26-e35. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(20)30773-8.

Sallam, M. 2021. COVID-19 Vaccine Hesitancy Worldwide: A Concise Systematic Review of Vaccine Acceptance Rates. Vaccines, 9: 160. https://doi.org/10.3390/vaccines9020160.

Yingzhu, L; et al. 2021. A Comprehensive Review of the Global Efforts on COVID-19 Vaccine Development. ACS Central Science, 7 (4), 512-533. DOI: 10.1021/acscentsci.1c00120

[Fonte: Imagem modificada de Amadeus Bramsiepe/Karlsruhe Institute of Technology, https://www.computerworld.com/article/3278594/the-game-changing-potential-of-smartphones-that-can-smell.html]

Bico doce: a evolução da percepção de açúcar nas aves

Muitos animais, no qual eu me incluo, amam comidas doces. Outros, como gatos, golfinhos e a maioria das aves, são indiferentes. Nós, que amamos doces, sentimos a doçura dos alimentos quando moléculas de açúcares se ligam a receptores presentes nas papilas gustativas. O receptor que reconhece açúcares é produzido a partir de um gene chamado T1R2. Muitas espécies especializadas em uma dieta pobre em açúcares perderam esse gene durante a evolução e tornaram-se insensíveis ao sabor doce. As aves, por exemplo, que evoluíram de dinossauros carnívoros, não possuem o gene T1R2 em seu genoma. No entanto, todos sabemos que algumas aves tropicais, como os beija-flores, amam comer néctar, o líquido adocicado produzido pelas flores para atrair polinizadores.

Um estudo publicado em 2014, na revista Science, liderado pela ornitóloga Maude Baldwin, iluminou esse mistério. Mostrou que o receptor para o sabor umami, que normalmente se liga ao aminoácido glutamato e produz o sabor suave e duradouro de alimentos como shoyo, peixes e queijos, está modificado nos beija-flores para perceber açúcares. Ao contrário de uma galinha, que não tem preferência entre água pura ou água com açúcar, os beija-flores buscam freneticamente o dulçor do néctar, mas sem poder diferenciar entre os sabores doce e umami.

No entanto, os beija-flores só existem no continente americano. Em outros continentes, as aves que se especializaram em comer néctar são passeriformes, como os sunbirds e honeyeaters, e não são aparentadas aos beija-flores. Em um novo estudo, publicado na semana passada na revista Nature, o grupo de Maule mostrou que os passeriformes também usam uma modificação do receptor de umami, mas em outra parte da molécula, o que indica que a percepção de açúcar evoluiu independentemente nos dois grupos por meio de um truque similar. Além disso, o estudo mostrou que não só os passeriformes que comem néctar, mas todo o grande grupo dos oscinos, que contém quase a metade de todas as espécies de aves, são capazes de perceber o sabor doce usando o receptor de umami.

Além de esclarecer a origem do gosto por açúcar nos passeriformes, o trabalho mostra uma história evolutiva complexa. Os oscinos se originaram na Austrália e a presença de um receptor sensível a alimentos doces indica que o ancestral de todos eles era um pássaro que se alimentava na flora australiana, famosa por sua abundância de néctar, olores e sabores, e posteriormente deu origem a milhares de espécies com dietas variadas. A presença do receptor para o sabor doce em espécies que não têm dietas ricas em açúcares aponta para a importância da combinação de modalidades sensoriais para a seleção do alimento. A maioria das aves escolhe a comida primariamente orientada pela visão e não por acaso as espécies nectívoras buscam preferencialmente flores vermelhas. As papilas gustativas, que em aves são poucas e localizadas na parte posterior da boca, atuam mais na confirmação ou rejeição de alimentos. Por último, a preferência por cores brilhantes nas aves que se alimentam de frutas e néctar pode ser responsável por muito da beleza observada nessas aves, pois a preferência alimentar pelas cores vivas das flores e frutas maduras pode ter influenciado a seleção sexual de penas coloridas, resultando que muitas das aves de cores mais espetaculares são aquelas que amam a doçura.

João Francisco Botelho

(PUC de Chile)

Para saber mais:

Baldwin, Maude W., et al. “Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor.” Science 345.6199 (2014): 929-933.

Toda, Yasuka, et al. “Early origin of sweet perception in the songbird radiation.” Science 373.6551 (2021): 226-231.

Despedida: Richard Lewontin, sem espaço para a complacência

Desafiar ideias largamente aceitas tira os cientistas de sua zona de conforto, estimula novas ideias, e provoca reflexões sobre o que motiva nossa pesquisa. Richard Lewontin, que faleceu em julho de 2021, não se cansou de lançar desafios.

O que torna um cientista inspirador? Em alguns casos, é seu domínio da técnica e o sucesso em responder questões. Em outros, é a capacidade de comunicar ideias complexas ao público não especializado. Há ainda aqueles que inspiram pela sua conduta e o caráter ético de sua relação com alunos e colegas. Outros nos impressionam pela transparência e clareza de seu posicionamento político. Richard Lewontin incorporava todos esses traços. Ele faleceu no dia 4 de julho deste ano, aos 92 anos, e deixa uma grande lacuna na ciência, e na biologia evolutiva em particular.

Lewontin fez sua graduação em Harvard, e a seguir fez o doutorado, sob orientação do geneticista Theodosius Dobzhansky (1900-1975), na Columbia University. Posteriormente foi professor em três instituições: Carolina do Norte, Chicago, e a partir de 1973 Harvard, onde permaneceu até sua aposentadoria e onde era professor do “Departament of Organismic and Evolutionary Biology”. Ao longo de toda essa jornada, seu interesse era centrado na evolução e na genética de populações.

A genética de populações tem como objeto compreender como ocorre a transformação do conteúdo genético de populações, ao longo do tempo. Essa transformação é um ingrediente chave do estudo da evolução. Na primeira metade do século 20 a genética de populações experimentou um imenso avanço, com o desenvolvimento de uma poderosa teoria matemática para descrever como a seleção natural poderia aumentar a frequência de variantes genéticas vantajosas, e como eventos aleatórios poderiam modificar populações ao longo do tempo. Apesar dos notáveis avanços teóricos, até a década de 1960 havia uma escassez de estudos empíricos sobre como a composição genética de populações mudava ao longo do tempo. Foi de Lewontin o primeiro estudo que quantificou a variação genética em populações naturais e confrontou os achados com as previsões feitas pelos corpos teóricos existentes.

Em seu trabalho com o geneticista John Hubby, em 1966, mostrou que populações naturais de Drosophila melanogaster possuem muito mais variabilidade genética do que aquela esperada pela “teoria clássica” da genética de populações, segundo a qual a maior parte das mutações seria prejudicial, e, portanto, eliminada pela seleção, resultando em populações com pouca variabilidade. Entretanto, a variabilidade observada também superava aquela que poderia ser mantida por seleção natural. Contrapondo-se à “teoria clássica”, havia a “teoria de equilíbrio”, segundo a qual a variabilidade existente em populações era ativamente mantida pela seleção natural, que favoreceria a diversidade genética.

Mas, de acordo com os achados e cálculos de Lewontin e Hubby, a variabilidade era tão elevada que parecia ser inviável invocar a seleção para mantê-la.

Esse resultado e seu impacto na biologia são emblemáticos do trabalho de Lewontin. Ele parecia nutrir um prazer em, a partir da ciência feita com rigor, mostrar a limitação de teorias vigentes. No caso da variabilidade genética, a dificuldade das teorias “clássica” e “de equilíbrio” gerou frutos: dois anos depois, em 1968, Motoo Kimura publicaria o primeiro estudo apresentando a Teoria Neutra da Evolução Molecular, uma solução elegante para a charada apresentada por Lewontin e Hubby. Para Kimura, a mistura de mutações sem efeito sobre a sobrevivência (as chamadas “mutações neutras”) e a deriva genética moldaria a diversidade genética de populações, sem precisar recorrer à seleção. A teoria de Kimura segue sendo alvo de intensos debates nos dias de hoje, e podemos traçar sua origem ao trabalho de Lewontin.

De modo recorrente, o trabalho de Lewontin abordou problemas para as quais parecia haver “soluções simples”, e lançou desafios. Enquanto a maior parte dos pesquisadores de genética de populações estudava os efeitos da seleção sobre genes individuais, Lewontin investiu no estudo da combinação de genes. Ele sugeriu que o cromossomo inteiro era a unidade de seleção. Ou seja, não seriam versões boas de genes que aumentariam de frequência sob seleção, mas cromossomos inteiros, caracterizados pela combinação de mutações que carregavam. Para abordar essa questão, ele introduziu o conceito de “desequilíbrio de ligação”, uma medida que expressava de modo matematicamente rigoroso a associação entre genes. Esses esforços indicavam que a seleção natural é um processo dependente de contexto: a mutação que é vantajosa em um indivíduo pode ser prejudicial em outro. Isso implica que não há variantes “universalmente melhores”, e que o contexto é essencial na genética. As dinâmicas evolutivas resultam de interações, e não de propriedades absolutas.

Lewontin também desafiou a forma tradicional de enxergar adaptações biológicas, segundo a qual a adaptação representa uma “resposta do organismo” a um “problema apresentando pelo ambiente”, criando uma separação que ele julgava artificial. Para Lewontin, não havia “um ambiente lá fora”; pelo contrário, o organismo ativamente construía seu ambiente (através de comportamentos, deslocamentos, interações) e dessa modificação emergiam as pressões seletivas, as quais resultavam em mudanças evolutivas que, por sua vez, poderiam mudar a forma como a espécie interagia com o ambiente.

Essa ênfase sobre interações, seja entre genes ou entre organismo e ambiente, permeiam seu modo de pensar, e também sua visão sobre como cientistas se comportam, sujeitos às pressões do ambiente (social e político) no qual vivem.

Junto com Stephen Jay Gould, em 1979, ele também fez uma crítica à tendência de atribuir à seleção natural o poder de explicar todos os traços que aparentavam ser eficientes para realizar uma função. Num eloquente trabalho, argumentaram que abordagens quantitativas e testes de hipótese seriam necessárias para distinguir entre traços que de fato foram moldados pela seleção e aqueles que apenas parecem ter sido, mas têm sua origem explicada por outros processos. Esse trabalho teve um imenso impacto e ajudou a definir uma agenda mais quantitativa para o estudo da adaptação, que seria desenvolvida nas décadas seguintes.

Lewontin também exercia uma intensa atividade de comunicação com o público não especializado, posicionando-se de modo crítico sobre temas científicos contemporâneos. Divergindo da visão ingênua da ciência como atividade pura, e de cientistas como agentes neutros em busca da verdade, Lewontin trazia o conceito da ideologia para o mundo da ciência. Isso o levou a produzir uma série de ferozes críticas à sociobiologia, campo que desenvolvia modelos sobre como a seleção natural explica comportamentos. Para o biólogo Edward O. Wilson, a pessoa que o havia recrutado para Harvard e o principal nome do campo da sociobiologia, essa nova disciplina iria suplantar a sociologia (e as ciências humanas em geral) a partir do desvendar da genética do comportamento. Nada poderia ser mais antitético às ideias de Lewontin, segundo as quais “o contexto é o que importa”, do que livrar-se da sociologia e buscar nos genes as explicações para nossa organização social. Para Lewontin, a sociobiologia era reducionista ao extremo, pois cristalizava a visão de que genes determinam comportamentos complexos. Ele enxergava uma relação entre tal reducionismo genético e o surgimento de uma “nova direita” na Inglaterra e nos Estados Unidos da década de 1980, para a qual a noção da predestinação das pessoas com base nos genes que elas possuem seria um conveniente argumento para sustentar a desigualdade social, assim como a impossibilidade de combatê-la.

Para Wilson, tais críticas eram indevidas, pois a sociobiologia havia sido desenvolvida sem agenda política. Para Lewontin, por outro lado, a posição de Wilson  era ingênua e ilustrava a relutância de cientistas em compreender que, “quer eles saibam ou não, cientistas sempre tomam posições”. Segundo Lewontin, a noção de Wilson de que havia genes determinando comportamentos e a relutância em enxergar implicações políticas desse pressuposto seriam em si a adoção de uma posição política, que favoreceria políticas conservadoras. Sua crítica ao determinismo biológica foi extensa e ganhou forma no livro “Not in our genes”, em que atacou o uso de testes de QI e a interpretação de que doenças psiquiátricas possuem bases predominantemente genéticas.

Para Lewontin, o posicionamento político explícito não era uma falha, mas uma necessidade. Seu trabalho sobre raças humanas ilustra essa postura: numa análise quantitativa da composição genética de diversas populações humanas, Lewontin mostrou que há uma variabilidade surpreendentemente alta entre indivíduos de uma mesma raça. Mostrou ainda que, contrariamente à intuição de muitos, a diferença genética entre indivíduos de raças diferentes não era muito diferente daquela entre indivíduos da mesma raça. Isso o levou a defender uma rejeição completa do conceito de raça, por ele ser “desprovido de significado biológico” e “destrutivo de relações sociais e humanas”. Esse trabalho teve imenso impacto e reformulou a forma como estudamos, enxergamos e discutimos a variabilidade de nossa espécie até os dias de hoje.

Uma crítica recorrente a Lewontin é a de que suas posições, inclusive as científicas, eram “politicamente motivadas”. É provável que Lewontin não discordasse dessa afirmação, pois ele via tal politização como inevitável, e achava que explicitá-la era a forma mais apropriada de agir. Cada vez mais entendemos que a boa ciência não é aquela livre de valores, mas sim aquela que é transparente quanto a esses valores. A politização certamente moldou a ciência de Lewontin, e talvez ajude a entender alguns dos erros que ele cometeu em sua jornada. No estudo de seleção, hoje julgamos que tratar genes como unidades da seleção é uma estratégia bastante útil (ainda que longe de esgotar a complexidade do processo de seleção natural). Em contraste,  supor que a seleção é um mecanismo que atua sobre cromossomos inteiros, como Lewontin argumentava, parece ser menos justificado. Sua ênfase no contexto no qual operam os genes estava correta, mas o levou à rejeição de um modelo (a de seleção sobre genes individuais) que tinha grande poder explicativo. Sua visão sobre raças humanas revelou-se correta, mas ele errou ao dizer que não há nenhuma informação “taxonômica” nos genes. Hoje sabemos que as sutis diferenças genéticas entre “raças” que ele documentou permitem identificar o local de origem das pessoas, como é rotineiramente feito pelos testes de ancestralidade, tão largamente usados. Sua crítica à Sociobiologia foi um necessário desafio ao determinismo genético, ainda muito presente entre nós. Porém, para muitos, foi feita uma caricatura do que o estudo evolutivo do comportamento pretendia trazer.

“Errar” ou “acertar” é certamente uma distinção importante na vida de um cientista. Porém, para além de seus erros e acertos, um cientista pode também inocular colegas com dúvidas, com questionamento sobre ideias arraigadas; pode trazer métodos rigorosos para se debruçar sobre problema antigos. Um cientista pode jogar luz sobre as pressões políticas que motivam investigações, assim como as implicações políticas dos resultados obtidos. Lewontin foi um cientista assim. O que poderia ser mais inspirador?

Diogo Meyer

Universidade de São Paulo

Para saber mais:

Nossa Família Cresceu

Descobertas recentes, como a do Homem Dragão (imagem) e o Homem de Nesher Ramla, trazem novas e desafiadoras perguntas sobre a origem de nossa espécie.

A visão clássica sobre a evolução de nossa espécie (Homo sapiens) considerava nossa origem no oriente africano subsaariano há cerca de 200 mil anos, seguida por uma dispersão acompanhada por diversificação dentro da África por mais de 100 mil anos. Há 60 mil anos teríamos então começado nossa jornada para os demais continentes, onde teríamos coexistido com uma espécie-irmã, os neandertais (Homo neanderthalensis), na Europa. Esses nossos parentes mais famosos, teriam se diferenciado de um ancestral comum ao nosso há cerca de 400 mil anos, enquanto nossa espécie seria derivada dessa mesma espécie comum que ainda habitava a África. Estudos indicam que essa espécie ancestral comum seria relacionada ao Homo erectus, que se originou na África há cerca de 1,8 milhões de anos, e coexistiu com humanos e neandertais até sua extinção, há cerca de 100 mil anos (Figura 1).

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Figura 1. Origem, dispersão e coexistência das espécies Homo (Fonte).

Desde os anos 2000, foram incluídos no gênero Homo diferentes espécies que viveram no Pleistoceno médio e tardio, tais como H. floresiensis, descoberto em 2003 na Indonésia, os denisovanos identificados em 2010 na Sibéria, o H. naledi, descrito 2015 no sul da África; e o H. luzonensis, encontrado em 2019 nas Filipinas. Em 2010, com a possibilidade do estudo de genomas de espécimes extintos, a visão clássica sobre nossa origem foi substituída por uma mais ampla, que considera que as espécies derivadas de Homo erectus em diferentes continentes, como humanos, neandertais, e o então novo membro de nossa família, homem de Denisova, teriam não só coexistido, mas também cruzado e deixado descendentes (Figura 2). Nossa espécie, como única sobrevivente dessa tríade, carrega em seu genoma fragmentos do DNA de nossos primos extintos. Essas introgressões de material genético de outros Homo levou a uma série de vantagens adaptativas, principalmente na resposta a patógenos e na adaptação a grandes altitudes. Ao mesmo tempo, várias regiões do genoma humano apresentam ausência total desses fragmentos, o que poderia indicar uma seleção contra certas características predominantes em nossos correlatos. Interessantemente, a maioria dos genes encontrados nesses desertos de fragmentos de hominídeos extintos estão relacionados com reprodução e desenvolvimento do sistema nervoso.

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Figura 2. Árvore filogenética mostrando as relações entre as espécies de Homo, e os cruzamentos entre humanos, neandertais e denisovanos. Embora a figura não represente uma miscigenação entre denisovanos e neandertais, ela é evidente em estudos genéticos recentes (ver https://darwinianas.com/2018/10/09/denny-a-menina-meio-neandertal-meio-denisovana/) (Fonte: The Economist).

Recentemente, novos achados paleontropológicos e genômicos têm mudado ainda mais a história da nossa espécie, principalmente em relação ao período e dinâmica da expansão fora da África, e subsequente contato com outras espécies de Homo, e ao período de origem dentro da África. Em relação ao período e local de origem do H. sapiens, uma série de crânios encontrados em Marrocos, ou seja, no noroeste africano ao norte do Saara, desloca em 100 mil anos para o passado e em milhares de quilômetros ao ocidente o que poderia ser considerado o berço dos humanos modernos. Por outro lado, estudos com DNA mitocondrial completo apontam para uma origem mais recente, e no sudoeste africano, tornando o quebra cabeça de nosso passado maior e mais incompleto.

No final de junho de 2021, nossa família aumentou outra vez, com a publicação de dois achados importantes: partes de crânios que parecem ser um mosaico entre neandertais e Homo arcaicos, encontrados do Oriente Médio, e um crânio extremamente robusto, muito similar aos Homo antigos, encontrado na China, ambos datados entre 120 e 140 mil anos antes do presente, e trazendo com suas descobertas mais perguntas do que respostas.

O indivíduo encontrado no Oriente Médio, chamado de homem de Nesher Ramla (ainda sem definição de espécie), apresenta mandíbula e dentes similares aos neandertais e crânio relacionado a espécies mais arcaicas (Figura 3). Esses ossos encontrados parecem estar relacionados a uma série de esqueletos incomuns encontrados na mesma região, abrangendo um período de 400 mil anos. Surpreendente, esses indivíduos de 120 mil anos parecem ter desenvolvido ferramentas muito parecidas com as dos humanos do mesmo período. E o mais importante: esse achado deslocaria a origem dos neandertais do norte da Europa para o Oriente Médio. O crânio chinês foi originalmente encontrado em 1930, mas só agora estudado em profundidade. Esse indivíduo, classificado como Homo longi (ou Homem Dragão), foi nomeado fazendo referência ao local em que foi encontrado, na Província de Heilongjiang, Long Jiang, que significa Rio do Dragão. O crânio encontrado é notavelmente grande quando comparado com outros indivíduos da mesma época, sendo maior que os dos humanos atuais (Figura 4), e apresentando potencialmente grande volume cerebral. No entanto, a classificação de uma espécie com base em apenas um registro ósseo é incomum e controversa. Os autores inferem que esse indivíduo seria uma espécie mais próxima de nossa espécie do que dos neandertais. Além disso, há controvérsias também sobre a grande variedade de espécies agrupadas como relacionados ao H. sapiens desde 2000, que poderia dificultar a classificação correta do Homem Dragão. Uma outra explicação mais viável para a presença desse espécime nessa região em um período tão remoto seria que esse indivíduo estaria relacionado com os primeiros neandertais que migraram para a Ásia, e que mais tarde poderiam ter originado o misterioso Homem de Denisova, do qual nenhum crânio completo ainda foi encontrado.

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Figura 3. Fragmentos ósseos do homem de Nesher Ramla, encontrados no Oriente Médio, datados em 140 mil anos. (Fonte: dailymail.co.uk)

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Figura 4. Crânio do Homem Dragão comparado com humano. (Fonte: cameroncolony.com)

As respostas sobre nossas origens ainda são escassas, e as perguntas têm se tornado mais complexas conforme novas espécies vem sendo encontradas e novos dados genômicos conseguem ser gerados. No entanto, algo importante a ser aprendido é que nossa história é muito mais intrincada do que se pensava e fortemente relacionada a diversas espécies que não prosperaram. Provavelmente, diferentes hominídeos se diferenciaram em diferentes regiões e muitos deles se relacionaram em si, tornado a linearidade na nossa origem cada vez menos crível. Éramos uma grande família que tomou diferentes ramos evolutivos ao longo do tempo e espaço.

Tábita Hünemeier

IB/USP

PARA SABER MAIS:

Walter Neves, Rui Murrieta e Miguel Rangel Junior (2015) Assim caminhou a humanidade. Editora Palas Athena, 320pp.

Adam Rutherford (2020) Livros dos Humanos: A história de como nos tornamos quem somos. Editora Record, 252pp.

Imagem: Reconstrução feita a partir do crânio do Homem Dragão.Fonte: https://ichef.bbci.co.uk/news/976/cpsprodpb/4E36/production/_119022002_realpic1jpeg.jpg

Por um mundo menos binário

Sexo é corpo, ou sexo é mente? Embora tudo indique a corporeidade do sexo, com sua carnalidade explícita, sua genitália exposta, sua mecânica exigente e orgasmos lancinantes, com uivos primais do mais ancestral instinto de sobrevivência, embora tudo isso sugira corporeidade, não resta dúvida que fetiches, estratégias de sedução, a erotização do cotidiano, incluindo ideias e relações sociais, não resta dúvida que há uma imensa cultura, e mesmo um aberto comércio do sexo.

Se hoje operamos nossos corpos em entidades transgênicas, isto apenas demonstra uma superação total da dualidade natureza/cultura. Por exemplo, seriam os grãos de milho transgênico entidades biológicas ou culturais? Naturais ou artificiais? Seriam aquelas micro raças de cães que já vêm com plano de saúde, adestrados, tosados, banhados em odores de rosas e comendo ração para idosos obesos castrados com problemas renais, esses mini-animais que conhecem cães apenas pelo espelho, seriam eles ainda, mesmo, cães, ou humanos presos em corpos de cães? ou seriam eles a chave para a compreensão da natureza eminentemente híbrida da vida mental?

Separar sexo de gênero está em continuidade com essa tradicional e equivocada dicotomia natureza/cultura. Defender sexo como um atributo biológico, e gênero como construção social é um equívoco, muitas vezes até bem intencionado. A cultura não se separa da natureza, ela não é exclusividade da espécie humana, não somos seres culturais apartados do restante da árvore evolutiva, e todas as culturas animais estão ligadas de modo inextricável ao corpo. A separação didática entre natureza e ser humano ou entre biologia e cultura está inclusive na origem da mal fadada “ideologia” de gênero, tão abusivamente alardeada pela ultra-direita no Brasil e no mundo. A bem intencionada ideia de que somos apenas construções sócio-culturais de um tempo, a ideia de que, portanto, não há natureza humana alguma, que seríamos absolutamente plásticos e moldáveis, matéria fluida que se ajusta a qualquer corpo, essa bem intencionada ideia de uma liberdade total para o ser humano, resultou em um relativismo quanto ao conhecimento. Se tudo é inventado, o que é a realidade? Se tudo é relativo ao ser humano, ao sujeito falante, uma opinião vale tanto quanto fatos científicos estabelecidos. Se a verdade é apenas um consenso, uma construção social, então a solução é ir à guerra, e surgem assim as guerrilhas culturais visando construir novos consensos como a “ideologia” de gênero, consensos contra a vacina, consensos contra o distanciamento social. Se opiniões não se distinguissem do conhecimento, o negacionismo científico estaria justificado, e assim o desmonte da universidade pública seria defensável, e o descrédito na pesquisa uma meta até mesmo desejável! Negacionistas e relativistas jogam o conhecimento no lixo com a mão direita, enquanto com a esquerda ingressam nas UTIs lotadas de ciência. A ciência tem o que dizer sobre sexo e sobre gênero: sexo se entrelaça com gênero, da mesma forma que a biologia se entrelaça com a cultura em um processo co-evolutivo indissociável.

E se é assim, se nossa natureza é bio-psico-cultural, o que dizer de nosso corpo humano?

Domesticado por nós mesmos ao longo de centenas de milhares de anos; dopado em analgésicos, reguladores de pressão, e ansiolíticos; maquiado, montado, oleado ao sol e besuntado em cremes, esse corpo lipoaspirado e cirurgicamente ajustado às mais variadas estéticas, vestido em sedas e couro e curtido em caipirinhas, queijos e moquecas; esse nosso corpo, afinal, não é mente?!? (Aos desavisados, estou sendo irônico)

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Autonomia

Assim, rompidos os diques entre a mente e o corpo, quebrados os protocolos de isolamento entre a aprendizagem e o instinto, finda a era de dicotomias entre cultura e natureza, e no ocaso de todas essas oposições binárias rasas, emerge um corpo que é mente, ou se preferirem, uma mente que é corpo, e assim somos, ao mesmo tempo, sintéticos e naturais, transgênicos e selvagens, binários e transgênero.

A mente é apenas um corpo em movimento, um funcionamento corporal que se perpetua, uma busca de continuidade e permanência como matéria. Agora, alto lá que também informação é matéria, é a organização da matéria, e assim a mente existe sim apenas materialmente, mas não em qualquer matéria, e nem mesmo em qualquer organização. A mente existe apenas enquanto matéria organizada para se perpetuar (o que é diferente de se reproduzir), organizada para se perpetuar de forma autônoma. A matéria viva em algum momento evolutivo criou uma dobra sobre si mesma, e essa nova matéria, redobrada sobre si numa organização circular, é a mente.

Por muito tempo a Biologia se espelhou na Física, e até então nosso corpo era concebido apenas como fluxo de matéria e energia. Depois veio a era dos códigos e da Semiótica, e nosso corpo passou a ser concebido basicamente como uma linguagem dos genes. Mas hoje, hoje já entendemos que temos outras organizações materiais aqui dentro deste compacto corpo. Nosso sistema nervoso é muito mais, e pode muito mais, que uma célula: ele encontrou um jeito de ser autônomo controlando as entidades mínimas de vida, que são as células. Nosso sistema nervoso é autônomo tanto em relação à fisiologia quanto à ecologia dos corpos. A mera existência de um potencial parceiro sexual não nos induz imediatamente à cópula: não é o mundo lá fora, não são os estímulos externos que nos controlam como se marionetes fôramos. Também não é porque sentimos um desejo interno premente que iremos satisfazê-lo imediatamente: nossa fisiologia apenas levanta bandeiras e alertas: “você está com fome!”, “você está carente!”, “você está com sede!”, mas estes alertas, estes estímulos internos em nosso corpo, eles não estão no comando. Não somos crianças irrefreáveis, mesmo porque até crianças se controlam. Quem efetivamente está no comando é o indivíduo, quem está no comando é essa carne neural redobrada sobre si mesma. Nossos genes são ferramentas que ativamos ou desativamos no fruir de nossa autonomia; nossa sociedade influi em nossas decisões, mas somos nós que decidimos, não a sociedade, não os genes.

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Diversidade sexual, sistemas sexuais diversos, psicologia evolucionista

A Etologia humana, a Psicologia Evolucionista, a Ecologia Humana, todas essas abordagens de caráter híbrido entre a Biologia e as Ciências Humanas, todas elas simplificam demais o homem. É compreensível. Ser humano não é fácil, é preciso simplificar para entender. Todas elas buscam explicar a essência, o universal no humano. E ao buscar nosso universal transcultural invariavelmente encontram nossos ancestrais símios, hominídeos, ou hominíneos.

Entender o passado é realmente fundamental, e o que dizem essas ciências híbridas sobre nosso passado?

Dizem que meninos gostam de meninas e vice-versa, e que isso é natural pois visa a reprodução. Dizem que meninos gostam de meninas mais jovens, de belos corpos simétricos, com cintura fina (ou quadris largos), dizem que meninas gostam de meninos poderosos no grupo social, que gostam também de meninos de belos corpos simétricos. Dizem que somos monogâmicos, e que há relações extra-conjugais com frequência até que relativamente elevada. Dizem que nos deliciamos no social, que copiamos as boas soluções praticadas por indivíduos visivelmente bons no que fazem, e dizem que somos criativos apenas na medida do necessário (apenas quando copiar o outro, sai caro). Dizem que falamos pelos cotovelos por natureza, e que cooperamos mais que a média primata.

E o que é que essas ciências híbridas têm deixado de lado? Em uma palavra: a diversidade. Ao buscar o universal e a essência, elas deixam de lado o plural e o ambivalente. Temos sociedades humanas atuais nas quais uma fêmea se une matrimonialmente a múltiplos machos. Temos sociedades humanas atuais que permitem o poliamor, seja como uma fase ou uma opção de vida. Temos mulheres guerreiras determinando o curso da história. Temos sociedades matriarcais para além das patriarcais. Não há como naturalizar o patriarcado sem jogar para baixo do tapete toda essa variabilidade que simplesmente existe. A ciência não deve explicar alguns seres ignorando outros.

A Biologia, que sempre valorizou a diversidade em todos os seus aspectos, não haveria agora de insistir em um mundo sexualmente binário. Meninos em todas as culturas estudadas variam imensamente com relação à sua preferência por simetria bilateral e cintura fina. Meninas em todas as culturas variam imensamente em relação a suas preferências pelo status elevado de seus parceiros sexuais. Se há grande diversidade nestes aspectos da heterossexualidade, há também todo um arco-íris de orientações sexuais e essa imensa variação e plasticidade se explicam pela autonomia do indivíduo. Insistir na aptidão reprodutiva indireta como chave para explicar os comportamentos homossexuais ou transexuais não tem sido um caminho bem sucedido. Precisamos acrescentar novos conceitos ao lado do conceito de aptidão. Se na teoria evolutiva, a função de um comportamento se explica sempre por sua aptidão reprodutiva, na ecologia, a função de uma espécie, é sua contribuição para o funcionamento da comunidade. Se a diversidade aumenta a resiliência de um ecossistema, talvez uma diversidade de gêneros e orientações sexuais nos torne também uma sociedade mais resiliente, mais sensível ao outro, e mais capaz de enfrentar desafios. A autonomia e a ecologia despontam como bons guias para entendermos a diversidade sexual.

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Autonomia e independência

A experimentação com o corpo, desde inofensivas tatuagens e piercings, passando por implantes ortopédicos, intervenções cirúrgicas estéticas ou identitárias, implantes de chips de realidade aumentada, intervenções fisiológicas para aumento de massa muscular, pílulas para impotência, atenção, memória, com o tempo a capacidade de intervir no corpo vem aumentando exponencialmente. E essa experimentação livre com o corpo progredirá ainda mais à medida que o mundo não-humano vai sendo extinto, à medida que as mudanças climáticas e nossa explosão populacional vão forçando o ser humano a conviver apenas com seres humanos em ambientes virtuais. Extinta a diversidade biológica, extintos os biomas, Caatinga, Cerrado, etc, quando só restar um mundo distópico inteiramente à nossa imagem e semelhança, talvez venha a ser até mesmo salutar que a monotonia de uma vida em frente ao espelho seja rompida por uma explosão de cores e diversidade de corpos humanos.

Mas atenção, que essa distopia é falsa. Primeiro porque o Salles vai ser preso, e a Amazônia vai sobreviver. Segundo porque mesmo na distopia não vamos nos livrar da natureza, e isso é bom. Se conseguíssemos a impossível proeza de encontrar um equilíbrio ecológico em um mundo dominado apenas pela nossa espécie, se substituíssemos enfim a natureza pela tecnologia, não estaríamos, nem assim, libertos da natureza. Não há como se livrar da natureza simplesmente porque a natureza somos nós, e isso é bom.

A livre experimentação com o corpo abre a porta para múltiplas subjetividades no fio da sexualidade humana. A intervenção cultural no tecido orgânico desfaz dependências ancestrais entre distintos aspectos de nossa sexualidade, criando múltiplas novas vozes, todas elas bem vindas. Agora, nossa bem vinda liberdade para criar um corpo não é ilimitada. Temos autonomia para decidirmos sobre nossas cirurgias e pílulas, mas autonomia não é sinônimo de independência; nunca foi. Não somos independentes dos genes nem da sociedade. Eu sou autônomo para gerir meu corpo, mas não sou independente do mundo: dependo de supermercado, emprego, amigos, família. Sou ao mesmo tempo dependente e autônomo, e isso é bom.

Intervenções fisiológicas e cirúrgicas gerando corpos transexuais ou dissidentes de uma dicotomia sexual binária, tais intervenções gerarão uma explosão de vozes interiores, vozes que ancestralmente se expressavam como feixes coesos e orgânicos, vozes que ancestralmente delimitavam uma espécie em grande parte binária, vozes que ancestralmente se organizaram prioritariamente para otimizar a reprodução dos corpos. Ao vivenciarmos hoje, dentro de um corpo ancestral, sua transmutação hormonal ou cirúrgica em personas sexuais múltiplas, ou em dissidentes do sistema gênero, iremos certamente precisar de apoio social, de amigos, família, gente próxima. Necessitaremos de apoio, solidário e institucional, e a Biologia contemporânea, buscando compreender o fenômeno humano, é parte desse apoio. Durante e após estas transformações de corpos reais, necessitaremos de apoio, solidário e institucional, tanto para nos compreendermos dentro deste novo mundo de vozes dissidentes, quanto para sermos compreendidos durante nossas transmutações corporais. Esse admirável mundo sexualmente novo é certamente um mundo de bravura, a bravura necessária para a conquista de uma nova ética, mas até mesmo bravos guerreiros precisam de descanso e amor e, nessa hora, contem com o apoio dos defensores da biodiversidade.

 

Hilton Japyassú

Universidade Federal da Bahia

Quanto podemos suportar perder a Amazônia?

Temos visto com frequência nos noticiários que o desmatamento da Amazônia está aumentando e que isto está diretamente relacionado com as mudanças climáticas. Mas afinal como esses temas estão relacionados? O que temos a ver com isso? Estas e outras perguntas o Dr. David Lapola responde em entrevista exclusiva ao Prof. Pedro Meirelles aqui no Darwinianas.

Nesta entrevista, o Dr. David Montenegro Lapola fala um pouco sobre sua trajetória acadêmica e como sua infância o influenciou a trilhar seus passos profissionais. Dedicado a modelar como as mudanças climáticas afetarão o futuro da Amazônia, e consequentemente milhões de vidas humanas, David fala sobre aspectos básicos para compreendermos as mudanças climática, modelagem e os principais problemas que a Amazônia vem enfrentando.

David, é Pesquisador do Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas Aplicadas à Agricultura – CEPAGRI da Universidade Estadual de Campinas – Unicamp.

Quer saber mais sobre o que historicamente conhecemos e o que a ciência está debruçada para responder sobre esses temas? Não perca a entrevista na íntegra. Prepara um bom café, e aproveita!

Pedro Milet Meirelles

Laboratório de Bioinformática e Ecologia Microbiana

Instituto de Biologia da UFBA

meirelleslab.org

Para Saber mais:

Rammig, Anja, David M. Lapola, Patricia Pinho, Carlos NA Quesada, Irving F. Brown, Bart Kruijt, Adriano Premebida et al. “Estimating the likelihood of an Amazon forest dieback and potential socio-economic impacts.” In EGU General Assembly Conference Abstracts, p. 12619. 2018.

Fleischer, K., Rammig, A., De Kauwe, M.G., Walker, A.P., Domingues, T.F., Fuchslueger, L. and Lapola, D.M., 2019. Future CO2 fertilization of the Amazon forest hinges on plant phosphorus use and acquisition. Nature Geoscience12, pp.736-741.

Fleischer, K., Rammig, A., De Kauwe, M.G., Walker, A.P., Domingues, T.F., Fuchslueger, L., Garcia, S., Goll, D.S., Grandis, A., Jiang, M. and Haverd, V., 2019. Amazon forest response to CO2 fertilization dependent on plant phosphorus acquisition. Nature Geoscience12(9), pp.736-741.

Por uma síntese evolutiva mais inclusiva: a Epigenética e a evolução do genoma

Um artigo de revisão publicado no início desse ano fez um apanhado das várias maneiras pelas quais os mecanismos epigenéticos estão associados não apenas aos padrões de expressão gênica mas também a mutações no DNA, influenciando em larga escala a maneira como os genomas evoluem.

Uma das buscas incessantes da Biologia é a da descoberta dos mecanismos evolutivos e suas respectivas contribuições para a diversidade dos organismos vivos. Desde Darwin, a seleção natural é, sem dúvida, um dos processos evolutivos mais importantes, mas a lista hoje é relativamente longa. Processos como a deriva gênica, as migrações e mutações, por exemplo, fazem parte dessa lista. E quanto mais estudamos, mais descobrimos outros processos importantes para entendermos como os organismos vivos evoluem.

Nas últimas três décadas, com a revolução nos métodos de sequenciamento de DNA, o estudo dos genomas se tornou possível em larga escala, inaugurando uma nova área de pesquisa biológica, a Genômica. Consequentemente, a pergunta “Como os genomas evoluem?” foi um questionamento natural para os pesquisadores desse novo campo. E diversos processos já foram identificados para explicar a evolução do genoma, tais como as duplicações completas de genomas (do inglês whole genome duplications), já discutidas em um post aqui no Darwinianas, a transposição dos elementos genéticos móveis e os rearranjos genômicos. Recentemente, os mecanismos epigenéticos, até então primariamente envolvidos no estabelecimento dos padrões de expressão gênica, se tornaram foco dos estudos sobre evolução do genoma. Discutiremos nesse post não apenas de que maneira os mecanismos epigenéticos podem influenciar a evolução dos genomas, mas também quais as principais implicações dessa descoberta para o nosso entendimento a respeito da evolução biológica em geral.

Antes de nos debruçarmos especificamente sobre a maneira pela qual os processos epigenéticos contribuem para a evolução do genoma, vamos entender o que quero dizer com processos epigenéticos.  A Epigenética estuda as modificações químicas no DNA e nas proteínas a ele associadas sem, no entanto, resultar na modificação da sequência do DNA em si. Hoje conhecemos diversos mecanismos epigenéticos, e focarei em apenas dois dos principais: a metilação do DNA e as modificações das histonas, o principal grupo de proteínas associado ao DNA dos eucariotos, formando, através da associação DNA-histonas, o que chamamos de cromatina (Figura 1).

Figura_1

Figura 1 – Representação do DNA e do nucleossoma. (A) Uma representação da dupla hélice de DNA, enfatizando em cores, os nucleotídeos que formam a sequência do DNA. Os círculos pretos ressaltam os grupos metila (CH3) associados a citosinas (C). (B) Visualização do nucleossoma, resultado da associação entre o DNA, em azul, e as proteínas histonas, em vermelho. Note como as histonas projetam “caudas” para além do DNA (setas). Essas caudas são as regiões onde ocorrem as modificações das histonas, alterando assim a interação dessas proteínas com o DNA.

A metilação do DNA ocorre geralmente por meio da adição de um grupo metila (CH3) a citosinas, apesar de hoje sabermos que outros nucleotídeos também podem sofrer metilação. Quando essa metilação ocorre perto de genes, estes são, em geral, silenciados, ou seja, têm a sua expressão significativamente reduzida. Outro tipo de marca epigenética ocorre por modificação química das “caudas” das proteínas histonas, como mostra a Figura 1B. Variados grupos químicos podem ser adicionados as histonas, com consequências diversas para a expressão dos genes localizados na proximidade. A explicação mais aceita para o efeito dessas modificações nos padrões de expressão gênica se deve à força de atração entre as histonas e o DNA: quando a atração é forte, ela dificulta o acesso ao DNA da maquinaria de transcrição, primeiro passo para a expressão gênica. O inverso também é verdadeiro: quando a associação é mais fraca, o DNA fica mais accessível e os genes ali presentes são, em geral, mais expressos.

Exatamente por não afetar a sequência de nucleotídeos do DNA, os mecanismos epigenéticos sempre estiveram associados ao estabelecimento dos padrões de expressão gênica e raramente foram implicados em mecanismos capazes de explicar a evolução do genoma em si.  Um artigo publicado recentemente, no entanto, nos ajudou a desafiar essa ideia, através da apresentação do que sabemos a respeito do papel dos mecanismos epigenéticos na alteração da sequência de nucleotídeos do DNA, influenciando, direta e indiretamente, a evolução do genoma. Em geral, esses mecanismos estão envolvidos na evolução do genoma ao menos de três formas: (1) por afetar os processos de mutação e reparo do DNA, (2) por alterar a atividade dos elementos móveis do genoma, e (3) por influenciar a retenção de genes duplicados no genoma.

Há muito tempo sabemos que a metilação do DNA não apenas interfere nos padrões de expressão gênica, mas pode atuar também como agente mutagênico. As regiões metiladas do DNA apresentam taxas de mutações mais elevadas quando comparadas a outras regiões não metiladas do mesmo DNA. Sabemos também que as citosinas metiladas são mais susceptíveis a um processo de mutação conhecido como desaminação espontânea, resultando na sua modificação para uma timina (C  T). Com o tempo, essa aumentada taxa de mutação resulta na redução de citosinas no DNA e parece não ocorrer de maneira uniforme no genoma. Além disso, o posicionamento dos nucleossomas no DNA também afeta as taxas de mutação ao longo do genoma. Sabemos que DNA ligado fortemente a histonas é mais estável e apresenta menores taxas de mutação do que regiões onde o DNA liga-se apenas fracamente a essas proteínas. A explicação para essa diferença está na associação entre o grau de interação DNA-histonas e expressão gênica, como explicado acima. O primeiro passo da expressão gênica é a transcrição, a produção de uma molécula de RNA mensageiro a partir do gene localizado no DNA. Para que isso aconteça, no entanto, o DNA, normalmente fita dupla, precisa se abrir em fita simples, permitindo assim o acesso da maquinaria de transcrição. E DNA de fita simples está sujeito a mutações em uma frequência mais elevada do que o DNA de fita dupla. Além disso, o posicionamento dos nucleossomas e a força de interação DNA-histonas interfere também no acesso ao DNA das enzimas de reparo do DNA.

Além disso, mecanismos epigenéticos são eficientes em inibir o movimento dos elementos genéticos móveis. Os elementos genéticos móveis podem interromper a atividade de um gene ou alterar a sua expressão, a depender do local onde um elemento móvel seja inserido no genoma. Por inibir o movimento dos elementos genéticos móveis, os mecanismos epigenéticos controlam, ao menos em parte, mutações derivadas do movimento desses elementos. E acreditamos hoje que alguns dos mecanismos epigenéticos promoveram um aumento do fitness como resultado da sua capacidade de suprimir o movimento dos elementos móveis no genoma e foram, portanto, favorecidos pela seleção natural.

Talvez a contribuição mais fascinante dos mecanismos epigenéticos para a evolução do genoma esteja na sua influência sobre a retenção de genes duplicados.  Não há dúvidas de que a duplicação gênica é um importante processo evolutivo, além de ser um fenômeno bastante comum em praticamente todos os genomas estudados até hoje. E devido à redundância funcional entre o gene duplicado e o gene original, um resultado comum da duplicação gênica é o acúmulo de mutações que tornam uma das cópias não funcional. Assim, um dos passos principais para a manutenção de genes duplicados no genoma é a retenção inicial das duas cópias logo após a duplicação. E os processos epigenéticos fornecem um mecanismo pelo qual o silenciamento de genes duplicados pode proteger esses genes da seleção natural, aumentando sua probabilidade de retenção. Marcas epigenéticas são capazes de reduzir a expressão dos genes duplicados, prevenindo também a produção de um possível fenótipo com efeitos negativos sobre o fitness, isto é, sobre o sucesso reprodutivo do indivíduo. Os dados experimentais até então apoiam essa ideia: os padrões epigenéticos de genes duplicados e de genes de cópia única são distintos, e entre os genes duplicados, uma das cópias frequentemente exibe uma maior quantidade marcas epigenéticas, o que resulta também em diferenças na expressão das duas cópias.

Quanto mais nos debruçamos sobre os genomas dos vários organismos, hoje já sequenciados, percebemos a importância dos mecanismos epigenéticos na produção dos padrões evolutivos que observamos em seus genomas. Os mecanismos epigenéticos estão envolvidos não apenas no estabelecimento de padrões de expressão gênica, mas também na evolução molecular dos eucariotos. Precisamos, assim, de uma visão da evolução orgânica que seja abrangente o suficiente para levar em consideração os mecanismos epigenéticos, assim como vimos fazendo nas últimas décadas com os mecanismos do desenvolvimento. Não se trata, assim, de negar os mecanismos evolutivos já bastante estabelecidos, como a seleção natural ou a deriva genética, mas sim, como sugeriram Danchin e colaboradores, de construir uma síntese evolutiva ainda mais inclusiva.

 

Ana Almeida

California State University East Bay (CSUEB)

 

Para saber mais:

Entrevista com a cientista Eva Jablonka, na Revista do Instituto Humanitas Unisinos On-line. 2009. Epigenética e a teoria da evolução: suas compatibilidades.

Danchin E, Pocheville A, Rey O, Pujol B, Blanchet S. 2019. Epigenetically facilitated mutational assimilation: epigenetics as a hub within the inclusive evolutionary synthesis. Biol. Rev. 94, 259–282.

Feng JX, Riddle NC. 2020. Epigenetics and genome stability. Mamm. Genome 31, 181–195.

Makova KD, Hardison RC. 2015 The effects of chromatin organization on variation in mutation rates in the genome. Nat. Rev. Genet. 16, 213–223.

Schrader L, Schmitz J. 2019. The impact of transposable elements in adaptive evolution. Mol. Ecol. 28, 1537–1549.

Percharde M, Sultana T, Ramalho-Santos M. 2020. What doesn’t kill you makes you stronger: transposons as dual players in chromatin regulation and genomic variation. Bioessays 42, 1900232.

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