Num novo estudo, foi encontrado um pedaço de pele de mamute lanoso contendo cromossomos fósseis após escavação em Permafost siberiano – que é, grosso modo, um solo congelado por longos períodos.
Os pesquisadores descobriram o restos de um mamute de 52 mil anosem 2018, perto da aldeia de Belaya Gorano nordeste da Sibéria, onde temperaturas congelantes ajudaram a preservar a composição dos cromossomos – pequenas estruturas filamentosas que transportam material genético, ou DNA – nos mínimos detalhes.
Embora amostras de DNA antigo tenham sido encontradas em outras ocasiões, elas tendem a ser altamente fragmentadas e contêm apenas centenas de letras de código genético. Os cromossomos fósseis contêm milhões, oferecendo uma visão muito mais completa do código genético de um animal.
“Cromossomos fósseis nunca foram encontrados antes”, disse ele Erez Lieberman Aidenprofessor de genética molecular e humana do Baylor College of Medicine e coautor correspondente do estudo publicado nesta quinta-feira (11), na revista Cell.
Nas descobertas anteriores, os fragmentos também careciam de uma estrutura organizada, acrescentou Lieberman Aiden. “Aqui, os fragmentos estão claramente organizados em 3D – essencialmente como estavam nos cromossomos originais do mamute vivo.”
De acordo com Olga Dudchenko, professora assistente de genética molecular e humana no Baylor College of Medicine e coautora do estudo, os cromossomos, chamados de “fósseis não mineralizados, ou subfósseis” pelos pesquisadores, estão em bom estado de conservação. preservação. o suficiente para montar o genoma – ou a soma de todo o material genético – de uma espécie extinta.
“Acreditamos firmemente que isto não se aplicará apenas ao mamute ou a este mamute específico”, disse Dudchenko, que também é pesquisador sênior do Centro de Física Teórica Biológica da Universidade Rice. “Mas, na prática, é o início de uma nova área de pesquisa com grandes possibilidades”, acrescentou.
Difusão de DNA
Em diferentes tipos de células, o DNA fica em estruturas 3D distintas e específicas que fornecem informações sobre as propriedades ou características específicas desse tipo de célula, disse ele. Kevin Campbellprofessor de fisiologia ambiental e evolutiva da Universidade de Manitoba, no Canadá, que não esteve envolvido no estudo.
Após a morte, as células do corpo degradam-se rapidamente e esta estrutura 3D é perdida em poucos dias ou menos, acrescentou. Em animais árticos como o mamute-lanudo, a degradação é mais lenta devido às temperaturas congelantes, mas o DNA ainda fica danificado e, durante longos períodos, espera-se que perca a estrutura e os atributos que compõem a biologia da espécie. .
“No entanto, este estudo é o primeiro a demonstrar que nem sempre é esse o caso”, disse Campbell por e-mail. “O DNA é uma molécula muito longa e, após a morte de um animal, começa a se deteriorar e a se dividir em fragmentos menores”, explicou Dudchenko.
“O que normalmente se espera é que todas essas peças comecem a se mover umas em relação às outras e a se dispersar, perdendo qualquer organização que existisse”, disse Dudchenko. “Mas claramente, nesta amostra em particular, isso não aconteceu.”
Essa perda de estrutura é chamada de difusão, e a forma de evitá-la é bem conhecida dos cientistas de alimentos – e não é muito diferente da produção de carne seca, acrescentou.
“Evitar a difusão é fundamental para preservar os alimentos, por isso, se você quiser algo que possa ser armazenado por muito tempo, você basicamente precisa de uma combinação de desidratação e resfriamento”, disse ela. “Qualquer alimento estável que não seja enlatado provavelmente está em estado de bloqueio de difusão.”
Quando o mamute da amostra de pele morreu, as condições podem ter sido exatamente adequadas para iniciar este processo naturalmente. “(A carcaça) poderia ter sido submetida espontaneamente ao mesmo procedimento que usamos comercialmente o tempo todo”, disse Dudchenko, “removendo quantidades substanciais de água, bloqueando a difusão interna e fixando esses pedaços de cromossomos no lugar, permitindo-nos lê-los 52 mil anos atrás. mais tarde.”
Mas embora estivesse bem preservado, o DNA não estava completamente intacto. “Cada cromossomo, originalmente uma molécula de DNA, foi fragmentado em milhões de moléculas de DNA”, disse Aiden por e-mail. “Mas as moléculas não se moviam muito, mesmo na escala nanométrica, e é por isso que as chamamos de cromossomos fósseis.”
Se esta amostra fosse um livro, disse Lieberman Aiden, a encadernação teria desaparecido, deixando inúmeras páginas soltas.ou fragmentos de DNA. A difusão é como o vento soprando nas páginas, impossibilitando colocá-las em ordem. Mas nesta amostra, as páginas nunca foram sopradas; Eles permaneceram em uma pilha organizada, exatamente como estavam antes de a encadernação ser perdida.
Testes em carne seca
Os pesquisadores confirmaram isso teoria da preservação realizando alguns experimentos com carne seca para ver o quanto eles poderiam maltratar a comida antes que os cromossomos perdessem sua estrutura.
“Decidimos testar até que ponto esta bela molécula resiste ao estresse e aos danos, pedindo a um dos arremessadores do time de beisebol Houston Astros que jogasse uma bola e disparasse uma espingarda contra ela”, disse a Dra. Cynthia Pérez Estrada, coautora do estudo. e pesquisador do Baylor Center for Genome Architecture e do Rice Center for Theoretical Biological Physics.
“A carne seca estava se quebrando cada vez mais, mas a estrutura do DNA ainda estava lá, nos dizendo que o DNA é extremamente resistente e ainda mais neste tipo de estado vítreo (como na amostra), onde as moléculas estão basicamente congeladas. e se comportando como um cristal”, acrescentou Pérez Estrada.
Com a nova informação genética descoberta nas amostras de pele, os investigadores determinaram, pela primeira vez, que o mamute lanoso tinha 28 pares de cromossomas, tal como os elefantes modernos.
Mas a estrutura permitiu-lhes ir mais longe e ver quais genes individuais estavam activos no animal. “Todo mundo quer saber o que exatamente o tornou confuso”, disse Dudchenko. “Temos algumas ideias graças à forma como esses cromossomos foram preservados.”
Sonhos com mamutes
Os investigadores compararam genes individuais da amostra de mamute com os seus homólogos em elefantes modernos, observando diferenças na atividade dos genes que regulam os folículos capilares. Mas o DNA do elefante também foi necessário para montar o genoma do mamute.
“Nossa esperança e sonho era montar completamente o genoma do mamute, mas neste momento, não é exatamente onde estamos – ainda usamos algumas informações de seus parentes mais próximos para ajudar, porque a quantidade de dados que conseguimos obter do mamute foi menos do que normalmente faríamos. necessário”, disse Dudchenko. “Mas os fundamentos dizem-nos que, à medida que continuarmos a trabalhar nesse sentido, seremos capazes de o fazer (sem a ajuda do ADN de elefante).”
Poderiam os cromossomos fósseis tornar realidade o sonho de ressuscitar o mamute peludo? “A biologia fundamental que aprendemos com isso será útil, não há dúvida disso”, disse Dudchenko. “Estamos mais perto? Um passo mais perto, mas ainda há muitos passos a percorrer com todos os tipos de considerações que vão além da ciência básica.”
Os pesquisadores também esperam que a mesma metodologia utilizada na amostra de mamute possa ser aplicada a amostras de outras espécies.
“Esperamos encontrar estruturas cromossómicas em amostras de museus”, disse Marcela Sandoval-Velasco, investigadora convidada do Centro de Hologenómica Evolutiva da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca, e coautora do estudo.
“Não apenas espécimes do permafrost, porque isso limita muito, mas também amostras de coleções de museus. Há um enorme potencial aí”, acrescentou, citando o rinoceronte-lanudo, os leões extintos e o pombo-passageiro como algumas das espécies extintas sobre as quais os cientistas poderiam descobrir mais desta forma.
Esse potencial permite mais descobertas, segundo Pérez Estrada. “Será necessário um enorme esforço para encontrar amostras adequadas, por isso haverá muito trabalho pela frente — mas não ficaria surpresa se descobríssemos algo novo e completamente diferente do que temos agora”, disse ela.
“Esta também é uma questão em aberto realmente interessante: o que mais e quais outros atributos físicos (do DNA) podem ser preservados?”
Descobertas emocionantes
Pesquisadores que não estiveram envolvidos no estudo expressaram entusiasmo com as descobertas.
Este estudo é o primeiro a reconstruir a estrutura, ou arquitetura, de um genoma de uma espécie extinta que viveu durante a última era glacial, disse Peter Heintzman, paleogeneticista da Universidade de Estocolmo, na Suécia.
“Esta informação estrutural fornece insights sobre funções do genoma do mamute lanoso que eram invisíveis usando métodos genômicos anteriores”, disse Heintzman por e-mail.
“Este avanço, portanto, ajuda a abrir uma nova e excitante fronteira na paleogenómica, o estudo de genomas antigos, e provavelmente fornecerá mais informações sobre como as espécies extintas evoluíram, viveram e desapareceram.”
Dado o nível substancial de degradação e fragmentação do DNA em amostras antigas, foi surpreendente ver a reconstrução de alta qualidade do genoma do mamute, em nível cromossômico, relatada neste estudo, disse ele. Dmitri Filatovprofessor de biologia na Universidade de Oxford, no Reino Unido.
“É ainda mais surpreendente que os pesquisadores tenham conseguido inferir quais genes estavam ativos e quais estavam errados na amostra de mamute e comparar isso com a expressão genética em elefantes”, disse Filatov por e-mail. “Isso certamente estimulará mais pesquisas sobre paleogenômica em outras espécies.”
Hendrik Poinar, diretor do Centro de DNA Antigo da Universidade McMaster, em Ontário, classificou o artigo como “muito emocionante”. Normalmente, com restos fósseis, os investigadores não conseguem fazer nada remotamente próximo da montagem de um genoma, disse Poinar.
“Não sei quantas amostras de tecido terão esse nível de preservação”, acrescentou ele por e-mail. “Mas acredito que o método nos fará pensar em novas formas de extrair DNA de tecidos de maneiras diferentes daquelas a que estamos acostumados.”
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