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Alguns organismos, como tardígrados, rotíferos e nematóides, podem sobreviver em condições adversas entrando em um estado dormente conhecido como “criptobiose”. Em 2018, pesquisadores do Instituto de Problemas Físico-Químicos e Biológicos em Ciência do Solo RAS na Rússia encontraram duas espécies de lombrigas (nematóides) no Permafrost siberiano. A datação por radiocarbono indicou que os indivíduos do nematóide permaneceram em criptobiose desde o final do Pleistoceno, cerca de 46.000 anos atrás. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular (MPI-CBG) em Dresden, do Centro de Biologia de Sistemas de Dresden (CSBD) e do Instituto de Zoologia da Universidade de Colônia, todos localizados na Alemanha, usaram o sequenciamento do genoma, montagem e análise filogenética e descobriu que o nematóide do permafrost pertence a uma espécie não descrita anteriormente, Panagrolaimus kolymaensis. Eles mostraram que os mecanismos bioquímicos empregados por Panagrolaimus kolymaensis para sobreviver à dessecação e congelamento em condições de laboratório são semelhantes aos de um estágio do ciclo de vida no importante modelo biológico Caenorhabditis elegans.
Quando Anastasia Shatilovich, do Instituto de Problemas Físico-Químicos e Biológicos em Ciência do Solo RAS, na Rússia, reviveu dois nematóides individuais congelados de uma toca fossilizada em depósitos de lodo no permafrost siberiano, ela e seus colegas ficaram muito animados. Depois de descongelar os vermes no laboratório, uma análise de radiocarbono do material vegetal da toca revelou que esses depósitos congelados, 40 metros abaixo da superfície, não descongelavam desde o final do Pleistoceno, entre 45.839 e 47.769 anos atrás. Ao mesmo tempo, o grupo de pesquisa de Teymuras Kurzchalia no MPI-CBG (Teymuras Kurzchalia agora aposentado) já estava abordando a questão de como os estágios larvais do nematóide Caenorhabditis elegans sobrevivem a condições extremas. Quando a equipe ouviu falar sobre os nematóides do permafrost, eles imediatamente procuraram uma colaboração com Anastasia Shatilovich.
Vamshidhar Gade, então aluno de doutorado do grupo de pesquisa de Teymuras Kurzchalia, começou a trabalhar com os nematóides do permafrost. “Que caminhos moleculares e metabólicos esses organismos criptobióticos usam e por quanto tempo eles seriam capazes de suspender a vida não são totalmente compreendidos”, diz ele. Vamshidhar agora está trabalhando na ETH em Zurique, na Suíça.
Os pesquisadores em Dresden realizaram uma montagem do genoma de alta qualidade de um dos nematóides do permafrost em colaboração com Eugene Myers, diretor emérito e líder do grupo de pesquisa no MPI-CBG, o conceito DRESDEN Genome Center e o grupo de pesquisa de Michael Hiller, líder do grupo de pesquisa na época no MPI-CBG e agora Professor de Genômica Comparada no LOEWE-TBG e na Senckenberg Society for Nature Research. Apesar de ter sequências de código de barras de DNA e imagens microscópicas, era difícil determinar se o verme do permafrost era uma nova espécie ou não. Philipp Schiffer, líder do grupo de pesquisa no Instituto de Zoologia, co-líder do incipiente Biodiversity Genomics Center Cologne (BioC2) na Universidade de Colônia e especialista em pesquisa genômica da biodiversidade, uniu forças com os pesquisadores de Dresden para determinar as espécies e analisar seu genoma com sua equipe. Usando a análise filogenômica, ele e sua equipe foram capazes de definir a lombriga como uma nova espécie, e a equipe decidiu chamá-la de “Panagrolaimus kolymaensis”. Em reconhecimento à região do rio Kolyma de onde se originou, o nematóide recebeu o nome latino de Kolymaensis.
Comparando o genoma do Panagrolaimus kolymaensis com o do nematoide modelo Caenorhabditis elegans, os pesquisadores de Colônia identificaram genes que as duas espécies têm em comum e que estão envolvidos na criptobiose. Para sua surpresa, a maioria dos genes necessários para entrar na criptobiose em Caenorhabditis elegans, as chamadas larvas Dauer, também estavam presentes em Panagrolaimus kolymaensis. A equipe de pesquisa avaliou a capacidade de sobrevivência do Panagrolaimus kolymaensis e descobriu que a exposição à desidratação leve antes do congelamento ajudou os vermes a se prepararem para a criptobiose e aumentou a sobrevivência a -80 graus Celsius. Em nível bioquímico, ambas as espécies produziram um açúcar chamado trealose quando levemente desidratadas em laboratório, possivelmente permitindo-lhes suportar congelamento e desidratação intensa. As larvas de Caenorhabditis elegans também se beneficiaram com esse tratamento, sobrevivendo por 480 dias a -80 graus Celsius sem sofrer nenhum declínio na viabilidade ou reprodução após o descongelamento.
De acordo com Vamshidhar Gade e Temo Kurzhchalia, “Nossas descobertas experimentais também mostram que Caenorhabditis elegans pode permanecer viável por períodos mais longos em estado suspenso do que documentado anteriormente. No geral, nossa pesquisa demonstra que os nematóides desenvolveram mecanismos que lhes permitem preservar a vida por tempo geológico períodos”.
“Nossas descobertas são essenciais para a compreensão dos processos evolutivos porque os tempos de geração podem variar de dias a milênios e porque a sobrevivência a longo prazo dos indivíduos de uma espécie pode resultar no ressurgimento de linhagens que, de outra forma, teriam sido extintas”, conclui Philipp Schiffer. , um dos autores que supervisionou o estudo. Eugene Myers acrescenta: “O genoma altamente contíguo de P. kolymaensis tornará possível comparar esse recurso com os de outras espécies de Panagrolaimus cujos genomas estão atualmente sendo sequenciados pela equipe e colegas de Schiffer”. Philipp Schiffer está convencido de que “estudar a adaptação de espécies a ambientes tão extremos, analisando seus genomas, nos permitirá desenvolver melhores estratégias de conservação diante do aquecimento global”. por dezenas de milhares de anos.”
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