Um cachorro famoso e uma nova abordagem poderosa para entender a biologia e a história evolutiva – Strong The One

E agora vem uma parcela importante dessa promessa. No que a pesquisadora do Howard Hughes Medical Institute e a professora do HHMI Beth Shapiro chamam de um tesouro de pesquisa, mais de 150 pesquisadores de 50 instituições estão publicando 11 artigos diferentes na edição de 28 de abril de 2023 da revista Ciência. A pesquisa traz novos insights do Projeto Zoonomia, um esforço colaborativo sem precedentes liderado por Elinor Karlsson, diretora do Vertebrate Genomics Group no Broad Institute do MIT e Harvard, que compara e analisa os genomas completos de 240 diferentes espécies de mamíferos, de porcos-da-terra a zebus.

As descobertas dessa enorme quantidade de dados genéticos incluem a identificação de genes subjacentes à capacidade de hibernar ou como os cérebros cresceram, bem como a identificação da pequena fração de genes que torna os humanos únicos. “Esses 11 artigos são apenas uma amostra do tipo de ciência que pode ser feita com os novos dados genéticos”, diz Shapiro, professor de ecologia e biologia evolutiva da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. “Eles mostram a importância desses grandes consórcios e conjuntos de dados fundamentais”.

Dois dos artigos, de coautoria de Shapiro e sua equipe de Santa Cruz, abrem novos caminhos ao mostrar quanta informação valiosa pode ser encontrada em genomas de uma única espécie, como orcas ameaçadas de extinção, ou mesmo no DNA de um indivíduo. Esse indivíduo é um cão de trenó chamado Balto, que foi imortalizado em filmes e uma estátua por ajudar a trazer a antitoxina diftérica salva-vidas para Nome, Alasca, em uma jornada épica pelo deserto do Alasca no inverno de 1925. pele preservada e “essas novas técnicas incríveis que não tínhamos antes, fomos capazes de fazer essa coisa científica legal”, diz Katie Moon, pós-doutora do HHMI, principal autora do artigo de Balto e membro da equipe de Shapiro.

Extinções em massa

Um dos novos artigos de Shapiro aborda uma questão urgente e de alto risco na conservação. Os humanos estão causando extinções em massa e uma séria perda de biodiversidade em todo o planeta. Mas quais espécies estão em maior risco? Tradicionalmente, os conservacionistas abordaram a questão contando minuciosamente quantos indivíduos existem em uma população e estimando quanto habitat resta. Esses esforços mostram que algumas espécies, como pumas na Califórnia, nas quais a equipe de Shapiro também trabalhou, estão seriamente ameaçadas.

Mas e se o animal em questão for uma das muitas milhares de espécies para as quais não existem bons dados populacionais ou de habitat? Para aqueles, a equipe de Shapiro se perguntou, seria possível estimar a ameaça de extinção simplesmente examinando os genomas das criaturas em busca de genes “ruins” ou evidências genéticas de endogamia – os sinais indicadores de problemas?

Para responder à pergunta, os coautores principais, Megan Supple, cientista do HHMI, e Aryn Wilder, da San Diego Zoo Wildlife Alliance, usaram a “Lista Vermelha de Espécies Ameaçadas” da União Internacional para a Conservação da Natureza para classificar os 240 mamíferos do Projeto Zoonomia junto com um continuum de “menor preocupação” a “criticamente em perigo”. Em seguida, eles procuraram os sinais preocupantes no genoma de cada animal.

Os resultados mostram que os genomas são notavelmente reveladores. “Informações codificadas dentro de um único genoma podem fornecer uma avaliação de risco na ausência de dados adequados de censo ecológico ou populacional”, relata o artigo. Não existem bons dados sobre números ou habitats para o rato-toupeira-cego das Montanhas da Alta Galiléia, um pequeno roedor escavador de túneis, por exemplo. Mas seu genoma mostra que a espécie está indo bem, obrigado. Em contraste, os dados genômicos e ecológicos das orcas confirmam que as baleias assassinas estão em sério perigo.

O poder preditivo dos genomas pode ser aproveitado no esforço de identificar e salvar espécies ameaçadas, sugere Shapiro. “Sabemos que nunca teremos dólares de conservação suficientes para todos, mas usando até mesmo um genoma, podemos triar espécies”, explica ela – identificando de forma rápida e barata as criaturas em maior risco.

Corredor de cães de trenó campeão

As apostas foram menores para o segundo artigo da equipe de Shapiro, o esforço do cão de trenó, mas foi muito mais divertido, dizem os pesquisadores. “Espero que as pessoas gostem de ler sobre Balto tanto quanto eu gostei de trabalhar no projeto”, diz Moon.

As origens do projeto remontam a alguns anos. Heather Huson, uma campeã de corrida de cães de trenó que se tornou geneticista animal da Cornell University, estava dando uma palestra em uma reunião de veterinários de cães de trenó quando um dos veterinários da platéia se perguntou se seria possível extrair e analisar o DNA de couro preservado. Ele até tinha um assunto de estudo em mente – Balto, cujo corpo taxidermizado é exibido em uma caixa de vidro no Museu de História Natural de Cleveland.

Huson ficou viciado na ideia. “Cresci ouvindo histórias sobre Balto”, lembra ela. Mas ela não tinha experiência em trabalhar com DNA antigo, “e eu não iria estragar tudo”, diz ela. Então ela entrou em contato com a antiga comunidade de pesquisa de DNA. O caminho rapidamente levou a Beth Shapiro, pioneira em revelar os segredos genéticos de criaturas extintas como mastodontes e de humanos antigos no campo chamado paleogenômica. “Procurei Beth e ela disse: ‘Podemos fazer isso’”, diz Huson.

Os pesquisadores obtiveram uma amostra da pele de Balto do Museu de Cleveland e extraíram o DNA do cachorro da amostra. Moonthen fez o levantamento genético pesado no antigo laboratório de DNA de alta tecnologia da UC Santa Cruz, lendo o código dos fragmentos de DNA de Balto vezes suficientes para cobrir todo o seu genoma 40 vezes.

Normalmente, os cientistas aprenderiam sobre a genética de uma espécie em parte observando as variações genéticas entre diferentes indivíduos. Balto era apenas um indivíduo, então “o desafio era como fazer um projeto de pesquisa de um cachorro”, diz Huson. Mas o time tinha um ás na manga. Além de poder comparar o genoma do cão de trenó com os 240 mamíferos do Projeto Zoonomia, eles também puderam acessar um repositório genético criado por Karlsson, do Broad Institute, que contém genomas completos de 682 cães de uma ampla variedade de raças. “É um conjunto de dados incrível”, diz Moon. Por causa das informações que ele contém, “sabemos muito sobre os cães – que partes do genoma os fazem ter a aparência ou o desempenho que têm”, explica Moon. Ou, como acrescenta Shapiro, o projeto Balto “foi uma oportunidade de reunir esses dois conjuntos de dados”.

momento emocionante

Usando apenas as informações dos genes de Balto, Kathleen Morrill, então estudante de doutorado no laboratório de Karlsson na Chan Medical School da Universidade de Massachusetts, foi capaz de prever a altura precisa do cachorro e o fato de que seu pelo preto tinha reflexos castanhos nas bordas – – que nem aparecem na maioria das fotos. Um artista talentoso, Morrill foi capaz de desenhar uma renderização, baseada na genética, que era mais precisa do que muitas fotos. “Seu desenho era o que Balto teria parecido”, diz Moon. “Foi a primeira vez que alguém fez isso em um indivíduo que já se foi há quase 100 anos – e foi um momento realmente emocionante para mim.” Também valida a ideia de que os cientistas podem usar a genômica para visualizar com precisão como as espécies há muito extintas – para as quais não existem fotos – realmente se pareciam. “Isso mostra que podemos fazer um bom trabalho prevendo sua aparência física”, diz Huson.

Havia muitas outras pepitas científicas no DNA de Balto também. Nascido no canil do famoso criador de cães de trenó Leonard Seppala em 1919, Balto era descendente de cães importados da Sibéria. “Mas uma das coisas mais legais é o quão próximo Balto está dos modernos cães de trenó do Alasca, bem como do husky siberiano”, diz Huson. Seu genoma mostra uma mistura de ancestrais, com menos genes deletérios em comparação com raças modernas de raça pura, como huskies siberianos e malamutes do Alasca. Seu DNA também é rico nos chamados genes de desenvolvimento de tecidos, que estão envolvidos em funções como crescimento muscular, metabolismo e consumo de oxigênio. “Isso é exatamente o que você precisa em um cão de trabalho”, diz Moon.

No entanto, a genética também revela as limitações de Balto. Cães de trenó foram originalmente criados para grande resistência, mas desde a época de Balto, os criadores adicionaram mais velocidade. “Balto pode ter sido um cão de trenó duro com muita resistência, mas não teria sido muito rápido”, diz Huson.

Na verdade, os especialistas em cães de trenó sabem que Balto não foi realmente o verdadeiro herói da jornada salvadora de 1925. Essa honra pertence a um cachorro chamado Togo, que liderou a equipe de Seppala na etapa mais longa da jornada de 674 milhas, surpreendentes 264 milhas (em comparação com as 53 milhas de Balto no segmento final). “Balto foi o 2^nd cão de corda”, diz Huson. Não sendo material progenitor principal, ele foi castrado, em contraste com Togo, “que é o cão – a base de muitos cães de trenó”, diz Huson. Então, o próximo passo, ela sugere, é obter uma amostra dos restos mortais de Togo, agora preservados em Nome, a fim de revelar o próximo capítulo neste drama genético canino. .