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Uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Maryland decifrou o primeiro genoma abrangente e contínuo de um parasita responsável pela transmissão da doença de Lyme e outras infecções graves a centenas de milhares de americanos anualmente. Com seu genoma recém-descrito para o carrapato de patas negras, ou carrapato de veado, os pesquisadores identificaram milhares de novos genes e novas funções de proteínas, incluindo proteínas associadas à imunidade ao carrapato, transmissão de doenças e estágios de desenvolvimento.
Este trabalho fornece informações valiosas para o desenvolvimento de intervenções para várias doenças transmitidas por carrapatos, superando em muito os esforços anteriores para sequenciar o genoma do carrapato, que resultaram em genomas parciais ou fragmentos de genoma com lacunas e incertezas.
O estudo foi publicado em 19 de janeiro de 2023, na revista Genética da Natureza e foi possível graças a estreitas colaborações entre várias instituições acadêmicas, indústria e instituições federais.
“Estamos muito entusiasmados por ter este genoma de referência agora, porque há muitas perguntas sem resposta sobre como esses parasitas evoluíram e transmitem doenças”, disse Utpal Pal, autor sênior do estudo e professor do Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine. no Colégio Parque. “Acreditamos que existem fatores genéticos que contribuem para que esses carrapatos sejam tão bons como vetores de doenças, mas não podemos realmente entender isso sem um genoma muito bom como este”.
Carrapatos de patas negras (Ixodes scapularis) ou espécies estreitamente relacionadas são comuns em toda a América do Norte, Europa, Norte da África e Ásia. Eles são os principais vetores de várias doenças, incluindo a doença de Lyme, que infecta quase meio milhão de americanos anualmente. No entanto, muitos aspectos de sua biologia permanecem desconhecidos.
Com um genoma completo, os cientistas podem começar a desvendar os mecanismos moleculares por trás de muitos aspectos da biologia do parasita e suas interações com os hospedeiros e as doenças que ele transmite.
O genoma de um carrapato de patas negras é composto por mais de 2 bilhões de pedaços distintos de código de DNA (expressos como combinações de quatro nucleotídeos representados pelas letras ATCG). Como letras que são agrupadas para formar palavras em uma frase, os códigos de DNA são agrupados em genes que compõem o genoma.
Trabalhos anteriores para decifrar o genoma do carrapato usaram muitos carrapatos imaturos ou células de carrapatos que foram cultivadas em laboratórios por várias gerações, o que introduziu erros ou amostras combinadas de vários carrapatos individuais, resultando em pacotes fragmentados de código com muitos trechos redundantes. Os pesquisadores tiveram que remontar os fragmentos, determinando onde cada gene começa e termina e como eles deveriam ser arranjados.
Para superar esses desafios, Pal e seus colegas combinaram dois métodos para sequenciar o genoma de um único carrapato. Um método decifrou todo o genoma de uma só vez, criando uma sequência completa, mas um pouco “confusa”, o que significa que o código não estava claro em muitos lugares. No segundo método, os pesquisadores usaram uma técnica comum chamada reação em cadeia da polimerase ou PCR para “amplificar” pequenos segmentos do genoma para que pudessem ser lidos com mais clareza. A equipe então combinou os dois resultados, o que foi um pouco como usar uma imagem grande e difusa como referência para montar peças de quebra-cabeça de alta resolução. Por fim, os pesquisadores usaram uma técnica chamada “Hi-C” para ligar pequenos pedaços de DNA em segmentos mais longos e contíguos.
O resultado é um genoma contíguo de alta qualidade, 98% completo. O novo genoma revelou que 40% das anotações descritas anteriormente para o carrapato de patas negras dependiam de tecnologia mais antiga e precisavam ser atualizadas.
Em seguida, os pesquisadores compararam seu genoma completo com trechos de genomas sequenciados de 51 carrapatos capturados na natureza, mostrando que o novo trabalho pode ser usado como referência para identificar segmentos de material genético de outros indivíduos. Isso também identificou diversidade genética não reconhecida entre grupos de carrapatos de diferentes regiões nos EUA.
Por fim, a equipe analisou o genoma do carrapato para identificar milhares de novos genes e proteínas e descrever novas funções críticas desses genes. Por exemplo, em um experimento, eles descobriram que algumas proteínas estavam presentes apenas durante certas fases do ciclo de vida de um carrapato ou em estágios específicos durante a refeição de sangue e digestão de um carrapato. Ao eliminar um gene que diz às células do carrapato para produzir uma dessas proteínas, eles foram capazes de interromper o processo de alimentação e digestão do carrapato.
Trabalhos futuros como esse podem ajudar a direcionar terapias e vacinas baseadas em genes que interrompam alguma parte do ciclo de transmissão de doenças entre carrapatos e humanos.
Um resultado adicional do estudo foi que os pesquisadores identificaram e descreveram um genoma mais abrangente para Rickettsia buchneria bactéria patogênica que causa a riquetsiose.
Os recursos genômicos descritos no artigo estão disponíveis publicamente através dos principais bancos de dados e serão úteis no avanço da pesquisa sobre carrapatos e medidas preventivas.
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