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Pedaços curiosos de DNA escondidos dentro de genomas em todos os reinos da vida historicamente foram desconsiderados, já que não parecem ter um papel a desempenhar na competição pela sobrevivência. Ou assim pensavam os pesquisadores.
Esses pedaços de DNA passaram a ser conhecidos como “elementos genéticos egoístas” porque eles existem, até onde os cientistas puderam perceber, para simplesmente se reproduzir e se propagar, sem nenhum benefício para seus organismos hospedeiros. Eles eram vistos como caronas genéticas que foram inconsequentemente passadas de uma geração para a outra.
Pesquisas conduzidas por cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego forneceram novas evidências de que tais elementos de DNA podem não ser tão egoístas assim. Em vez disso, eles agora parecem ser um fator considerável na dinâmica entre organismos concorrentes.
Publicação na revista Ciênciapesquisadores da Escola de Ciências Biológicas estudaram elementos genéticos egoístas em bacteriófagos (fagos), vírus que são considerados os organismos mais abundantes na Terra. Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que elementos genéticos egoístas conhecidos como “íntrons móveis” fornecem aos seus hospedeiros de vírus uma clara vantagem ao competir com outros vírus: os fagos transformaram os íntrons móveis em armas para interromper a capacidade de reprodução dos vírus fagos concorrentes.
“Esta é a primeira vez que um elemento genético egoísta demonstrou conferir uma vantagem competitiva ao organismo hospedeiro que invadiu”, disse a coautora do estudo Erica Birkholz, uma pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Biologia Molecular. “Entender que elementos genéticos egoístas nem sempre são puramente ‘egoístas’ tem amplas implicações para uma melhor compreensão da evolução dos genomas em todos os reinos da vida.”
Décadas atrás, biólogos notaram a existência de elementos genéticos egoístas, mas não conseguiram caracterizar nenhum papel que eles desempenham em ajudar o organismo hospedeiro a sobreviver e se reproduzir. No novo estudo, que se concentrou na investigação de fagos “jumbo”, os pesquisadores analisaram a dinâmica quando dois fagos coinfectam uma única célula bacteriana e competem entre si.
Eles observaram atentamente a endonuclease, uma enzima que serve como uma ferramenta de corte de DNA. A endonuclease do íntron móvel de um fago, os estudos mostraram, interfere no genoma do fago competidor. A endonuclease, portanto, é agora considerada uma ferramenta de combate, uma vez que foi documentado cortando um gene essencial no genoma do fago competidor. Isso sabota a capacidade do competidor de montar apropriadamente sua própria progênie e se reproduzir.
“Essa endonuclease de íntron transformada em arma dá uma vantagem competitiva ao fago que a carrega”, disse Birkholz.
Os pesquisadores dizem que a descoberta é especialmente importante na corrida armamentista evolutiva entre vírus devido à competição constante na coinfecção.
“Conseguimos delinear claramente o mecanismo que dá uma vantagem e como isso acontece no nível molecular”, disse o estudante de pós-graduação em Ciências Biológicas Chase Morgan, co-primeiro autor do artigo. “Essa incompatibilidade entre elementos genéticos egoístas se torna uma guerra molecular.”
Os resultados do estudo são importantes, pois os vírus fagos emergem como ferramentas terapêuticas na luta contra bactérias resistentes a antibióticos. Como os médicos têm usado “coquetéis” de fagos para combater infecções nesta crise crescente, as novas informações provavelmente entrarão em jogo quando vários fagos forem implementados. Saber que certos fagos estão usando elementos genéticos egoístas como armas contra outros fagos pode ajudar os pesquisadores a entender por que certas combinações de fagos podem não atingir seu potencial terapêutico total.
“Os fagos neste estudo podem ser usados para tratar pacientes com infecções bacterianas associadas à fibrose cística”, disse o professor de Ciências Biológicas Joe Pogliano. “Entender como eles competem entre si nos permitirá fazer melhores coquetéis para terapia de fagos.”
Os autores do artigo são: Erica Birkholz, Chase Morgan, Thomas Laughlin, Rebecca Lau, Amy Prichard, Sahana Rangarajan, Gabrielle Meza, Jina Lee, Emily Armbruster, Sergey Suslov, Kit Pogliano, Justin Meyer, Elizabeth Villa, Kevin Corbett e Joe Pogliano.
A pesquisa detalhada no Ciência O estudo foi financiado por uma bolsa da Emerging Pathogens Initiative do Howard Hughes Medical Institute, do National Institutes of Health (R01-GM129245 e R35 GM144121) e da National Science Foundation (bolsa MRI NSF DBI 1920374).
Divulgação de interesses conflitantes: Os professores Kit e Joe Pogliano têm participação acionária na Linnaeus Bioscience Inc. e recebem renda.
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