As leis que Mendel formulou com base em experiências com ervilhas constituem o princípio fundamental desta área da ciência. Saiba mais sobre a história da genética.
O monge Gregor Mendel nasceu em Heinzendorf, província do Império Austro-Húngaro, mas foi num convento agostiniano na Tchecoslováquia, na segunda metade do século XIX, que realizou experiências com ervilhas da espécie Pisum sativum, porque apresentavam caracteres fáceis de identificar, como cor e rugosidade das sementes, cor e forma das vagens, posição das flores, altura dos caules etc.
Mendel impediu a autofecundação e cruzou plantas puras (homozigóticas) com características diferentes (uma planta alta com outra baixa, uma de flor amarela com outra de flor verde, a de semente lisa com a de semente rugosa) durante vários anos e analisou os resultados estatisticamente.
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Ao contrário do que imaginava, ele descobriu que os fatores (mais tarde chamados de genes) que determinavam essas características não se misturavam nas plantas híbridas, mas se mantinham intactos, diferenciados. Alguns eram dominantes; outros, recessivos, e reapareciam e combinavam ao acaso nas gerações subsequentes. Concluiu também que eles existiam aos pares (os alelos) que se separavam durante a formação dos gametas e depois se uniam num novo ser.
As leis que Mendel formulou com base nessas experiências – lei da segregação e lei da variação independente – constituem um princípio fundamental e estão na origem da história da genética. Elas explicam o mecanismo da hereditariedade e da variação dos seres vivos.
FUNDAMENTOS
Drauzio – Quando surgiu o interesse pelo estudo das características hereditárias?
Willy Beçak – A genética que hoje desperta enorme interesse e a toda hora é assunto discutido na mídia, teve um início bastante obscuro. Gregor Mendel, um padre que vivia na antiga Tchecoslováquia, nos idos de 1860, fazendo experiências com sementes de ervilha e acompanhando o desenvolvimento das plantas, deduziu que certas características hereditárias se manifestavam de acordo com leis que eram válidas para todos os organismos vivos.
Apesar da importância desses achados, durante quase 30 anos eles permaneceram na obscuridade. Foi só em 1900, quando três cientistas, trabalhando com o cruzamento de plantas em lugares diferentes da Europa, redescobriram as leis de Mendel sobre a hereditariedade, que o estudo da Genética se desenvolveu efetivamente.
Colaboraram também nesse sentido, as pesquisas realizadas pelo americano Morgan com a drosófila, a mosca das frutas, que tem um ciclo de vida de 21 dias, o que facilita a observação de como se distribuem as características hereditárias ao longo das gerações.
O início foi lento, mas bastante consistente. Embora já se tenha conseguido chegar à estrutura do DNA, em 1956, e ao sequenciamento do genoma humano, a base da Genética continua sendo as leis de Mendel.
Drauzio – Mendel trabalhou com linhagens de ervilhas e formulou leis de combinação entre os genes (ele os chamava de fatores) que determinam a transmissão das características hereditárias. Depois vieram as experiências com a drosófila, a mosquinha da banana madura. Não parece intrigante que as bases da genética humana e de todos os seres vivos sejam as plantas e um inseto tão pequeno?
Willy Beçak – É verdade. Apesar de estarem tão distantes na escala evolutiva e filogenética, o mecanismo que rege as leis de hereditariedade válido para as ervilhas e para as drosófilas é exatamente o mesmo em todos os seres vivos. O fato de, no passado, os recursos serem mais parcos, a tecnologia mais elementar e os microscópios mais simples, não alterou os resultados: o que foi visto para as ervilhas e as moscas é válido para todos os seres vivos. Para desespero dos que têm a vaidade de achar que o ser humano é uma criatura superior, nossa semelhança com organismos primitivos é enorme. Somos todos parecidos com as ervilhas de Mendel e com a Drosophila melanogaster da banana.
DOBZANSKY
Drauzio – A redescoberta das leis de Mendel, sem dúvida, trouxe impulso decisivo para o estudo da Genética.
Willy Beçak – Quando os achados de Mendel foram retomados, os expoentes da Genética viviam na Alemanha, na Rússia e na Inglaterra. Ao terminar a Primeira Guerra Mundial, muitos deles emigraram para os Estados Unidos, país que decidiu investir pesado nas pesquisas desse ramo da ciência. Eu gostaria de citar, especialmente, o grande geneticista russo Theodosius Dobzansky que foi para os Estados Unidos e promoveu um salto no conhecimento, estabelecendo o elo entre as características hereditárias da drosófila e as de todos os outros organismos vivos.
Falo de Dobzansky, porque foi um dos grandes responsáveis pela evolução da Genética no Brasil. Ele esteve duas vezes por aqui. Em 1946, ficou um ano, e voltou em 1954. Nessa ocasião, trabalhei com ele na Faculdade de Filosofia da USP. Além de grande cientista, era um professor por excelência, uma pessoa muito carismática, e escreveu livros que se mantêm atuais até hoje.
Drauzio – Ele chegou a ser considerado o maior geneticista do século 20. Você concorda com essa reputação?
Willy Beçak – É muito difícil falar em maior geneticista do século, porque a Genética se diversificou em tantos ramos, nos quais muitos cientistas se destacaram. Pode-se dizer, no entanto, que Dobzansky foi o expoente máximo da Genética fundamental e básica, porque deixou claro para os cientistas e para o público em geral de que as leis de hereditariedade que valiam para as ervilhas e para as moscas também prevaleciam em todos os seres vivos.
MENDEL E DARWIN
Drauzio – Dobzansky disse que o fenômeno biológico só pode ser entendido dentro da perspectiva evolucionista. Quando se olha uma árvore, a única forma de entender o que realmente é, é saber de onde veio. As pesquisas com seres simples como as ervilhas e a drosófila mostraram que havia um mecanismo de ação dos genes comum a todos os seres vivos, sem exceção. Como essas descobertas convergiram para o mesmo ponto e se mesclaram com as idéias de Darwin?
Willy Beçak – No tempo de Dobzansky, não tínhamos todo o conhecimento que dominamos hoje, mas isso não impediu que ele e outros geneticistas enfatizassem a evolução dos organismos mais primitivos para os mais evoluídos através das modificações do DNA, o material genético responsável pela hereditariedade. Parte desse material está conservada e é idêntica nos homens, nas ervilhas de Mendel e nas moscas da banana. Outra parte foi-se modificando e, por meio de mecanismos de seleção e fixação, estabeleceu as diferenças entre os seres vivos.
A associação das ideias de Darwin às de Mendel explica tudo que conhecemos hoje. O material genético nas condições da natureza é submetido a pressões de seleção natural. Quando sofre mutações, alguns genes são conservados, se representam vantagem para o organismo e permanecem durante todo o processo evolutivo. A soma da fixação resulta nas modificações e na evolução dos organismos. O material genético que existe na árvore foi-se modificando e modificando até chegar ao que os seres humanos são hoje.
TIPOS DE GENES
Drauzio – Quando se pensa em seleção natural, vem logo a ideia de competição selvagem na natureza, de seres lutando pela própria sobrevivência, e esquecemos da competição entre os genes, que é muito mais sutil e antiga.
Willy Beçak – Esse é o mecanismo básico subjacente. O conhecimento do genoma nos mostrou que, apesar da enorme massa de DNA da qual fazem parte os genes, só uma parcela mínima é constituída pelos genes estruturais. Outra é formada pelos genes reguladores e outra, ainda, por um material neutro que até agora ninguém sabe para que serve, qual proteína codifica e em que etapa do desenvolvimento se expressa.
Drauzio – Você poderia explicar o que são genes estruturais e genes reguladores?
Willy Beçak – Os genes estruturais são responsáveis pela codificação das proteínas indispensáveis ao organismo. Os genes reguladores determinam como e quanto dessa proteína vai se expressar, ou seja, controlam a expressão dos genes estruturais.
Vamos dar um exemplo: a principal proteína do nosso sangue é a hemoglobina, que é codificada por um gene estrutural, mas são os genes reguladores que coordenam a forma de expressão e a quantidade dessa proteína em cada organismo. Outro exemplo: os genes estruturais são responsáveis pela cor dos olhos, mas são os reguladores que definem a intensidade da cor, mais clara ou mais escura, e a forma como ela se manifesta.
Drauzio – Além desses, existem outros genes também muito importantes…
Willy Beçak – Além desses, existe uma quantidade imensa de genes importantes ou para outros mecanismos regulatórios que vão manter o organismo e a célula vivos, ou que podem ser sujeitos a pressões de seleção e a mutações.
Como se sabe, todo material genético pode sofrer mutações espontâneas ou induzidas por fatores ambientais, como acontece com a exposição ao ozônio, aos raios ultravioleta, à fumaça dos ônibus. Quando são deletérias, ou o organismo elimina o produto indesejado, ou é eliminado por ele. A mutação vantajosa, ao contrário, se fixa no DNA. O resultado dessas mutações aditivas produz material genético sujeito à seleção e à evolução.
O mapeamento do genoma nos mostrou que grande quantidade desse material está sujeita continuadamente a mutações. Quando ocorrem nas células somáticas, acabam se expressando seletivamente no organismo; quando ocorrem nas células germinativas, que são os gametas, podem produzir indivíduos distintos, melhores ou piores, não importa.
Se analisarmos o que aconteceu com todo o material genético existente na natureza, veremos que várias vezes foi multiplicado e sofreu modificações. Algumas delas se fixaram por seleção natural, quando eram vantajosas para o organismo.
Voltando ao exemplo da hemoglobina, a célula do sangue dos organismos primitivos possui um único tipo de hemoglobina. Ao longo do processo evolutivo, os genes codificadores da hemoglobina foram se multiplicando e sofrendo mutações que se fixaram. O resultado, no ser humano, é que existem tipos diferentes de hemoglobina no feto intrauterino, no recém-nascido e no adulto e, também, tipos mutantes que podem causar doenças como a anemia falciforme e a talassemia, que nada mais são do que alterações deletérias, prejudiciais.
POLIPLOIDIA
Drauzio – Uma parte expressiva do genoma humano é chamada de “junk”, palavra inapropriadamente traduzida por lixo, em português, porque aparenta não ter nenhuma serventia. Não parece razoável que a natureza tenha conservado tanto “lixo”, se ele não tivesse alguma aplicação, o que justifica o interesse atual da ciência em estudar esses componentes inúteis do DNA.
Willy Beçak – Uma quantidade de DNA foi-se multiplicando, durante a evolução, através de vários mecanismos, entre eles o de duplicação e o de poliploidia.
Para entender melhor esses mecanismos, vamos lembrar que o material genético está codificado em genes que se encontram nos cromossomos, entidades físicas (filamentos) que existem dentro do núcleo das células e visualizam o código genético nela concentrado. Cada célula tem um número fixo de cromossomos que pode multiplicar-se. Então, uma célula que tem normalmente dois cromossomos de cada tipo, por isso se chama célula diploide, passa a ter quatro e recebe o nome de célula tetraploide. Essa é a base do mecanismo de poliploidia que se manifestou várias vezes no transcorrer da evolução e forneceu uma quantidade de material genético sujeita à mutação e à seleção.
Os mamíferos evoluiriam por poliploidia natural. Parte dos genes se diversificou, parte foi eliminada e parte permanece sujeita a mutações. Esse mecanismo é importante porque duplica a quantidade de DNA e é responsável pela formação de novas espécies, embora elas normalmente se desenvolvam pelo acúmulo lento de mutações provocado pelo isolamento tanto geográfico quanto reprodutivo. Quando ocorre a poliploidia, porém, de repente, num salto evolutivo de diferenciação e especiação, uma espécie se transforma em duas.
Nosso laboratório no Butantan foi o primeiro a descobrir a poliploidia em vertebrados naturais. Estudando anfíbios no Brasil, Maria Luiza Beçak, minha esposa, que foi diretora do Laboratório Genético do Instituto Butantan, e sua equipe verificaram que os mesmos sapos podiam ser diploides, tetraploides e octoploides, ou seja, podiam possuir dois, quatro e oito cromossomos de cada tipo. Eram espécies críticas de anfíbios diferentes que, embora não se distinguissem fenotipicamente, mantinham-se isoladas e não cruzavam entre si.
Essa contribuição é extremamente importante porque comprova que, através de um simples salto espontâneo na natureza, o material genético pode duplicar-se, passando a ter, se for tetraploide, 50% de material genético sujeito a mutações sem afetar a viabilidade do organismo, que é garantida pelo conjunto diploide. Esses 50% ou são eliminados, ou sofrem mutações e se fixam, como é o caso da duplicação do gene da hemoglobina, ou continuam ali e constituem o “junk” via DNA.
O corte realizado pelos geneticistas do Butantan comprovou, ainda, a existência do mecanismo espontâneo de poliploidia. Se compararmos os répteis e as aves com os mamíferos, veremos que estes últimos evoluíram por poliploidia natural, e que parte dos genes se diversificou, parte foi eliminada e parte permanece sujeita a mutações. Esse mecanismo é importante não só porque duplica a quantidade de DNA, mas porque promove a formação de novas espécies, de tal forma que, num ato simples, uma espécie se transforma em duas.
POTENCIAL EVOLUTIVO
Drauzio – Durante milhões e milhões de anos de evolução, a expressão de parcela expressiva de genes se manteve, alguns que não eram expressos passaram a expressar-se e outros, que eram expressos, foram desligados. Por exemplo, os genes que regulam cor dos olhos persistiram, mas os que codificavam o crescimento da cauda desapareceram nos grandes primatas. O chimpanzé, o gorila e o homem não têm cauda, por exemplo. Você não acha que nesse lixo do DNA que não é expressivo pode estar registrada a história da evolução humana na Terra?
Willy Beçak – Sem dúvida nenhuma. Embora parte dos genes tenha sido eliminada durante a evolução, temos uma quantidade muito grande de genes expressos e outra também muito grande de genes latentes, guardados dentro do material genético inerte, mas que possui significado e potencial evolutivo, inclusive para o surgimento de eventuais doenças.
Não sei se os genes que codificam a cauda dos grandes primatas foram eliminados ou estão silentes dentro das células. Como o mecanismo de ativação e de silêncio é coordenado pelos genes reguladores, esse material genético pode voltar a expressar-se em algum momento.
Em outras palavras, a expressão de certos genes pode oscilar. Por exemplo, os oncogenes que regulam as oncoproteínas envolvidas no processo de formação do câncer, por muito tempo sem dar sinal nenhum, podem ter sido de fundamental importância nas diferenciações celulares anteriores. Vencida essa fase, porém, eles não se manifestam até que, sob determinadas condições, ressurgem e promovem a multiplicação da célula maligna.
DIVERSIDADE GENÉTICA
Drauzio – Até bem pouco tempo, imaginava-se que o homem possuísse cerca de cem mil genes, talvez mais. No entanto, quando os resultados do Projeto Genoma foram divulgados, para surpresa geral, ficou estabelecido que o ser humano tem ao redor de 30 mil, o mesmo número que os ratos, e não muito mais do que a drosófila, que tem entre 15 e 20 mil genes. Como se explica tamanha diversidade diante de diferença tão pequena de material gênico?
Willy Beçak – A diversidade real é muito pequena. Apesar de o homem julgar-se um ser muito superior, a diferença entre seu organismo e o do camundongo é menor do que 0,5%. Que dizer, mais de 99,5% do nosso material genético ativo é igual ao do camundongo. Somos todos muito parecidos.
O fato de esses organismos evoluídos possuírem por volta de 30 mil genes, aparentemente, pode não ter grande significado. A ameba (Amoeba proteus), por exemplo, um organismo bem primitivo, possui duzentas vezes mais genes do que o ser humano. Portanto, a quantidade de material genético existente numa célula nada diz a respeito de sua evolução. No homem, o pequeno porcentual diferente que carrega garante sua variabilidade genética e a distinção entre as espécies.
