O RNA se acha o tal, mas não é à toa!

Da forma meio aleatória que as coisas acontecem na vida, posso dizer que meu ingresso no mundo da ciência se deu de uma forma bem orgânica. O que primeiro era apenas curiosidade pela vida e as formas e a beleza das coisas, evoluiu para um lugar à bancada de um laboratório, e as roupinhas de menina sujas de lama e folhas foram substituídas por um jaleco que eu tento manter limpo.

O que essa introdução bem tola pode ter a ver com RNA? Bom, se de forma natural o "Universo conspirou" para eu usar um jaleco, de forma talvez um pouco contrária o tal do ácido ribonucleico parece ficar lutando sempre por um espaço no meu pensamento (não que qualquer molécula linda dessas precise de mim ou de qualquer um de nós para mostrar toda sua beleza). Não que eu fuja de RNAs, pelo contrário. O que quero dizer é que eles constantemente tem chamado minha atenção, e em alguns momentos dos últimos anos eu pude dedicar algumas boas horas de fosfato para entender eles melhor.

De qualquer forma, ano passado mesmo eu li o artigo "RNA in pieces" (RNA em pedaços), que Tuck e Tollervey publicaram na Trends in Genetics (referência abaixo). Se minhas parcas esperanças de um dia rever a possibilidade de um conceito robusto de "espécie" já há muito haviam ido com o vento, a leitura desse artigo só fez cair por terra mais um conceito que nossos mestres tentam nos enfiar guela abaixo: o de "gene". Ele continua sendo aquele pedaço de DNA contendo informação criptografada na forma de nucleotídeos, mas o turbilhão de coisas diferentes que podem advir daquela sequência é uma coisa no mínimo satisfatória. Por que? Bom, é aí que entra o RNA, que pode ser taxado de presunçoso ou qualquer coisa do tipo, mas ele realmente arrasa. Entre o momento da transcrição do gene em um RNA até a proteína formada, muitos são os percalços que podem fazer esse RNA ser modificado, recortado, remontado, reposicionado e vários "re-" à sua escolha. Não estranha-se que a proteína final pode ser bastante diferente do que seria imaginado pelo tal GENE inicial, então né... mudanças de conceitos, amigos!

Isso tudo pra falar de um estudo que foi publicado na Science agora em janeiro de 2012 pelos pesquisadores Sandra Garrett e Joshua Rosenthal. O foco dessa vez? RNA também, porém do polvo antártico (esse bonito aí).

Os autores viram que os polvos vivendo em regiões próximas ao continente antártico não tinham aparentes problemas em sobreviver por lá, apesar de ser sabido que proteínas do sistema nervoso são bem sensíveis ao frio. Verificando possíveis alterações que possibilitassem essa adaptação, os autores deram uma checada em uma dessas proteínas, do canal de potássio, e a primeira ideia foi, como de praxe, que o gene contendo a informação para esta proteína fosse diferente do encontrado nos polvos de regiões tropicais, por exemplo. Eles esperavam encontrar algum código que, no final, gerasse uma proteína mais eficiente no "freezer".

Entretanto, ao comparar as sequências do gene encontrado no polvo antártico e em outro polvo encontrado em um recife de Porto Rico, eles viram que era a mesma! Os pesquisadores então migraram para o mundo do RNA, e perceberam que, no polvo antártico, o RNA mensageiro proveniente daquele gene era editado em 9 pontos diferentes, de forma que a sequência de aminoácidos resultante era alterada, e o canal de potássio se fecha mais rapidamente, independentemente das temperaturas frias.

Mais esse estudo mostra o poder de adaptação que a edição de RNAs pode conferir a um organismo.O querido deve até estar pensando algo tipo "touchè"! E não duvido nada que o DNA esteja ficando levemente emburrado...

Não que esse post tenha qualquer coisa a ver com ursos polares, muito menos que eles possam ser vistos na Antártida. Mas acho que de frio eles entendem também, né?

Referências:
Tuck, A., & Tollervey, D. (2011). RNA in pieces Trends in Genetics, 27 (10), 422-432 DOI: 10.1016/j.tig.2011.06.001
Garrett, S., & Rosenthal, J. (2012). RNA Editing Underlies Temperature Adaptation in K+ Channels from Polar Octopuses Science DOI: 10.1126/science.1212795

Wolbachia in concert: ela realmente tem as rédeas da relação

Às vezes chego a me sentir repetitiva por fazer analogias dos casos que aqui conto com alguns temas cotidianos dos relacionamentos humanos. Mas a bem da verdade é que não tem como evitar! A situação chega a um ponto que começo a me perguntar se nós que nos espelhamos deveras em alguns exemplos da natureza, ou se ela que gosta de tirar uma onda com nossa cara imitando nossas atitudes mais bizarras.

Isso no meu mundo imaginário, claro.

Mas chega de encher linguiça, porque nesse caso o título realmente vem a calhar. Não estou falando de uma mulher naquele estilo "a última palavra aqui em casa é do 'homi': sim senhora!!", mas sim de uma alfa-proteobactéria que, dos confins longínquos de algumas células do corpo de uma mosquinha Drosophila (e tantos outros artrópodes... essa garota é promíscua que nossa), consegue controlar praticamente todo o comportamento "amoroso" e sexual da pobrezinha. Essa entrada talvez vos lembre do belo texto escrito pelo meu caro Felipe Benites no Amigo de Wigner há algum tempinho. Sim meus caros, a mochileira dos genomas Wolbachia agora também faz suas manobras pelos meus circuitos neurais quase em período integral. Recomendo, inclusive, a leitura desse texto antes de continuar com meu conto aqui, porque não quero continuar com minha fama de falar demais né amigos.

Que a Wolbachia tem bala na agulha eu não duvidei jamais, mas o Wolfgang Miller, da Universidade de Viena, e colaboradores mostraram na PLOS Pathogens em 2010 que a capacidade de manipulação dessa bactéria é deveras extensiva, com papel determinante em isolamento pré e pós-zigótico durante o processo de isolamento sexual e futura especiação de um complexo de semiespécies de Drosophila paulistorum. Esse grupo de moscas é de distribuição neotropical, e se encontra naquela linha divisória de águas, em que o isolamento sexual está levando à especiação.  Aparentemente, e para mim não mais surpreendentemente, quem está com as rédeas é a Wolbachia, já que cada semiespécie possui uma linhagem diferente da bactéria. A "coisa" anda funcionando mais ou menos assim:

Especiação incipiente em semiespécies de Drosophila paulistorum.

Os autores verificaram o padrão de distribuição da Wolbachia em embriões e tecidos de duas semiespécies da mosquinha (Amazônica e Orinocana), assim como dos híbridos do cruzamento entre elas (mamães amazônicas e papais orinocanos). As sempre bonitas figuras de fluorescência mostram que a quantidade do simbionte intracelular varia enormemente entre elas. A Orinocana, como pode-se ver abaixo, apresenta níveis bem altos de Wolbachia nos estágios blastodermais (A, em esverdeado), depois concentrando-se especificamente nas células primordiais (B, em amarelo).

Já a semiespécie Amazônica apresenta níveis fracos da bactéria, porém universais e bem distribuídos durante a embriogênese (D e E, verde-amarelado).

Já nos híbridos do cruzamento, apesar de terem herdado Wolbachia da mamãe Amazônica (herança materna do endossimbionte), os títulos da bactéria foram significativamente aumentados nos estágios blastodermais (G e H, verde-amarelado). Estas constatações se enquadram no conceito de que, sob cruzamentos híbridos, mesmo Wolbachia tendo vindo de uma mãe com baixas densidades, os híbridos sofreriam a replicação sem controle da bactéria, assim ela deixando de ser um simbionte para adquirir comportamento parasítico.

Após confirmar a presença diferencial de Wolbachia nas semiespécies, os autores conduziram uma série de experimentos, inclusive avaliando efeitos diversos de comportamento sexual das moscas após tratamento com antibióticos que dão fim às Wolbachias (Rifampicina e Tetraciclina).
Eles comprovaram que, por exemplo, esses tratamentos revertem a razão entre machos e fêmeas (a favor dos machos), já que as fêmeas são mais sensíveis aos antibióticos (acabam morrendo na fase larval), e também alteram o comportamento de preferência de acasalamento (fêmeas não tratadas seguem preferência de acasalar com machos que possuem a mesma estirpe de Wolbachia; após tratamento, os acasalamentos passam a ser aleatórios).
Assim, neste estudo foi comprovado que todas as semiespécies de D. paulistorum evoluíram fortes mecanismos de isolamento pré-zigótico e intrigantes padrões femininos de evitar machos, assim prevenindo cruzamentos inter-semiespecíficos, sem contar os mecanismos pós-zigóticos. Por Wolbachia ter evoluído fortes inter-relações compensatórias com seus hospedeiros naturais, são capazes de desencadear esses padrões de reconhecimento de acasalamento pela parte das fêmeas, favorecendo o aceitamento preferencial de machos que estão infectados com o mesmo tipo de Wolbachia, e rejeitando cruzamentos impróprios com machos que tenham uma versão diferente de seu simbionte obrigatório. Já no confuso background genético  dos híbridos, a anteriormente benigna Wolbachia lança suas garras e se mostra como parasita reprodutivo, capaz de induzir forte incompatibilidade citoplasmática embrionária bidirecional, e completa esterilidade dos machos híbridos, via perda do controle de sua replicação dentro das células hospedeiras. Já as fêmeas híbridas, apesar de férteis, apresentam o comportamento intrigante de praticamente não aceitar qualquer parceiro. Assim, os autores assumem que algum tipo de reconhecimento de parceiro direcionado pelo simbionte tenha evoluído a fim de prevenir esta forte incompatibilidade citoplasmática bidirecional e reduzido sucesso sexual dos potenciais híbridos, assim assegurando sua continuada transmissão vertical. Alternativamente, os hospedeiros devem ter evoluído padrões de "evitamento" que reconheçam potenciais parceiros carregando uma variante diferente e incompatível de Wolbachia. Quanto a isso, alguns autores (Kokou et al, 2006) afirmam que Wolbachia deve ter evoluído a capacidade de modular os padrões de expressão e/ou percepção de ferormônios de Drosophila. Outros autores (Alberston et al, 2009), nesta mesma linha de pensamento, verificaram uma concentração acentuada de Wolbachia em regiões cerebrais das moscas, especulando assim que o endossimbionte pode estar afetando diretamente os padrões de comportamento dos hospedeiros.

Não sei vocês, mas cada dia meus butiás não acham mais fundo nos meus bolsos.

Albertson R, Casper-Lindley C, Cao J, Tram U, & Sullivan W (2009). Symmetric and asymmetric mitotic segregation patterns influence Wolbachia distribution in host somatic tissue. Journal of Cell Science, 122 (Pt 24), 4570-83 PMID: 19934219

Koukou K, Pavlikaki H, Kilias G, Werren JH, Bourtzis K, & Alahiotis SN (2006). Influence of antibiotic treatment and Wolbachia curing on sexual isolation among Drosophila melanogaster cage populations. Evolution; international journal of organic evolution, 60 (1), 87-96 PMID: 16568634

Miller WJ, Ehrman L, & Schneider D (2010). Infectious speciation revisited: impact of symbiont-depletion on female fitness and mating behavior of Drosophila paulistorum. PLoS pathogens, 6 (12) PMID: 21151959

Love is in the... Water! Uma saga entre amor e sobrevivência

Certafeita estava eu lendo um post (como sempre, muito bom) no Discutindo Ecologia, que falava sobre desventuras amorosas do peixe Poecilia reticulata. Achei interessante, e resolvi dar um pitaco sobre um artigo que eu li sobre outra espécie do mesmo gênero, P. mexicana (essa aí embaixo!), o qual, incrivelmente, também tinha "love is in the air". O Breno Alves (um dos guris que mantêm o blog) então me recomendou fazer um post sobre o artigo.

Então, aproveitando tamanha complexidade amorosa desses peixes, e os embalos do Valentine's Day que foi dia 14 de fevereiro, aqui vai ele!
Seleção divergente pode não levar somente à divergência de características morfológicas, por exemplo, mas também pode levar ao isolamento reprodutivo entre populações, culminando na especiação. O chamado "isolamento pós-zigótico" (problemas pós fertilização, como a inviabilidade do zigoto, por exemplo) entre populações alopátricas pode aparecer quando estas divergem geneticamente. Durante a especiação ecológica, entretanto, o isolamento pré-zigótico pode se manifestar quando imigrantes estrangeiros e de hábitas divergentes ecologicamente tentam "tirar uma lasquinha". Em palavras mais paupáveis, não rola a tal "química". Isto pode acontecer por seleção natural, se esses imigrantes tem uma viabilidade reduzida, ou por seleção sexual, se os indivíduos menos adaptados são discriminados durante a escolha de parceiro.

A equipe de M.Tobler resolveu investigar os potenciais mecanismos contribuindo para o isolamento reprodutivo no pequeno peixe Poecilia mexicana, ocorrendo ao longo de um gradiente de condições ambientais abióticas no sistema da Cueva del Azufre, próximo de Tapijulapa, no México. Nesse sistema, os pesquisadores trabalharam com peixes de três ambientes contínuos que não são separados por barreiras geográficas, mas que porém apresentam características diferentes. Para facilitar o entendimento, vamos dar nomes aos bois: Cueva del Azufre (propriamente dita) é a parte mais cavernosa, escura, e com altas quantidades de sulfureto; El Azufre é a porção superficial, porém contendo ainda sulfureto, e Arroyo Cristal e Arroyo Bonita, por fim, são áreas de águas superficiais sem sulfureto. Abaixo tem uma figura mostrando os três ambientes.

Como eu disse, os três ambientes ocorrem em uma ordem linear, e o fluxo de água corre da Cueva del Azufre, passando para o El Azufre, e por fim chegando aos Arroyos. Os pesquisadores focaram os experimentos nas duas potenciais áreas de contato entre peixes de áreas vizinhas. Fiz esse esqueminha representando isso que acabei de explicar.

Previamente, outros pesquisadores já haviam demonstrado que o fluxo gênico dentro de cada um dos hábitats é realmente alto, porém, essa taxa cai para virtualmente zero entre hábitats diferentes (mesmo que não haja qualquer barreira impedido a movimentação dos peixes entre as áreas). Tobler et al então queriam testar as potenciais seleções natural e sexual contra imigrantes. Para isso, eles utilizaram experimentos de escolha de parceiro para testar a preferência das fêmeas por machos residentes ou imigrantes, e experimentos de translocação recíproca para testar a viabilidade diferencial entre peixes imigrantes e residentes.

Mas vamos por partes...

Seleção sexual
Os peixes foram aclimatizados durante 24 horas em containeirs aerados, preenchidos com água do respectivo sítio de coleta, sendo machos e fêmeas mantidos separados. Já os testes foram conduzidos em 5 tanques idênticos, sendo que cada um foi dividido em três zonas: uma zona central neutra, e duas zonas de preferência, laterais. Os estímulos foram apresentados em dois tanques menores, posicionados em cada lado do tanque-teste. Assim, antes de cada experimento, os estímulos (=machos) eram posicionados nos tanques laterais, um macho em cada lado. Em seguida, uma fêmea era colocada no tanque-teste. Assim que ela se sentisse "em casa" e começasse a nadar livremente, o "julgamento" começava.
Esse julgamento foi assim: os pesquisadores mediram o tempo que a fêmea gastou em cada uma das zonas de preferência durante um período de observação de 5 minutos. Para impedir confusões, logo após o primeiro julgamento, os machos eram trocados de lado, e a análise era repetida. Assim, o teste de escolha consistiu de dois períodos de observação, perfazendo 10 minutos.
No total, quatro diferentes experimentos foram conduzidos, refletindo todas as possíveis migrações entre hábitats adjacentes:
(1) fêmeas da Cueva del Azufre x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre
(2) fêmeas de El Azufre x machos "conterrâneos" e machos de Cueva del Azufre e (3) machos do Arroyo Bonita
(4) fêmeas do Arroyo Bonita x machos "conterrâneos" e machos de El Azufre.

Resultados
Os testes revelaram significativa preferência das fêmeas por machos conterrâneos em detrimento de machos de populações divergentes ecologicamente (ver esse gráfico abaixo). Apesar de sem diferença estatística significativa, as fêmeas do Arroyo Bonita mostraram qualitativamente uma preferência menor, se comparadas às fêmeas das outras populações.

Seleção natural
Foram realizados experimentos de translocação recíproca entre os hábitats El Azufre x Arroyo Crystal e El Azufre x Cueva del Azufre, usando baldes de 20 litros como compartimentos experimentais, sendo que em ambos os lados foram feitos furos fechados com uma malha, mantendo assim o fluxo de água com o ambiente. Em seguida, estes baldes foram posicionados diretamente em uma área rasa dos hábitats naturais considerados nos experimentos, equipando cada balde com 3,5cm do substrato natural.
Para os experimentos, 6 indivíduos de um dado local foram introduzidos em um balde experimental. Em metade dos baldes de cada hábitat foram colocados peixes residentes, e na outra metade peixes do outro tipo de hábitat. Importante salientar que, no caso das áreas com presença de gás sulfídrico, os baldes foram posicionados em locais com concentração relativamente mais baixa do composto químico, fora o fato de que esse tipo de experimento teoricamente deveria ser mantido por um tempo longo, para observar mudanças corporais a longo prazo (e os experimentos foram curtos).
Assim, mesmo peixes de hábitats não-tóxicos teoricamente iriam sobreviver por longos períodos nas áreas tóxicas. Entretanto, altos níveis de mortalidade forçaram os pesquisadores a usar sobrevivência após 24 horas como uma variável dependente. Todos os experimentos foram imediatamente terminados após este período, então os peixes foram medidos para compimento padrão (standad lenght SL), e os indivíduos sobreviventes foram soltos em seus locais de origem.

Resultados
Nas translocações de peixes entre ambientes superficiais com H2S e sem, houve uma correlação significativa, ou seja, os peixes que não eram autóctones sobreviveram menos.
Os indicadores de qualidade da água não foram diferentes entre os ambientes. Porém, os ambientes com H2S diferiram dos sem não só pela presença de H2S, mas também pela temperatura e condutividade elétrica mais elevadas, assim como pH e oxigênio dissolvido mais baixos.
Já translocações entre El Azufre e Cueva del Azufre não apresentaram mortalidade significativa dentro de 24 horas. Neste caso, os parâmetros da qualidade da água não diferiram entre os ambientes avaliados (ver gráfico abaixo).

Com esses experimentos, os pesquisadores concluíram que tanto a seleção natural quanto a sexual contribuiram para a divergência genética entre essas populações tão próximas.
Vale lembrar que estes peixes apresentam "belezas" bastante diversas: os peixes dos hábitats contendo gás sulfídrico são mais cabeçudos e apresentam brânquias maiores, e os de áreas cavernosas têm olhos menores e menos pigmentação, porém apresentam os sensos não-visuais mais acurados.

A baixa viabilidade dos peixes nas translocações não foi surpresa alguma, já que o gás sulfídrico é um composto tóxico letal para a maioria dos metazoários, por impedir a respiração celular. Assim, os peixes que vivem nas áreas ricas nesse gás evoluiram vias fisiológicas para detoxificar este composto, além de adaptações respiratórias (como as brânquias maiores), para mediar a tolerância. Adaptações respiratórias se tornam muito relevantes especialmente em sistemas como este do estudo, já que a presência de sulfureto é altamente relacionada com hipóxia, mas, ao mesmo tempo, oxigênio é requerido para a detoxificação fisiológica do sulfureto. Assim, os peixes dos hábitats sem esse composto provavelmente sucumbiriam nas translocações, como foi observado.
Entretanto, por que os peixes transferidos de áreas tóxicas para não-tóxicas também apresentaram baixa viabilidade? Essa pergunta foi mais difícil de responder. Certamente os peixes das áreas com sulfureto não necessitam deste composto para sobreviver e crescer. Porém, vale lembrar que os hábitats com ou sem o composto não diferiam somente neste ponto, mas também em outros aspectos da qualidade, como a temperatura e condutividade menores, assim como pH e concentração de oxigênio maiores. Mesmo assim, todos esses valores, apesar de diversos, ainda estão dentro do espectro que a espécie toleraria. Já foram documentadas outras espécies de Poecilia que toleram flutuações muito maiores nesses parãmetros de qualidade da água.
Os autores apresentaram então a hipótese de que a alta mortalidade de peixes de áreas tóxicas quando translocados para áreas não-tóxicas seria devido ao estresse oxidativo, talvez em combinação com a frequente baixa condição corporal e limitação de energia dos peixes destes ambientes sulfídricos.
Outra questão bem interessante, mas que permanece à procura de resposta, é se a aclimatização durante períodos prolongados de tempo iria permitir os migrantes a lidarem com as condições ambientais diferentes das de origem. Há ampla evidência de regulação transcricional de proteínas antioxidantes dependendo das concentrações de oxigênio no ambiente, e P. mexicana de hábitats sulfídricos parecem ser capazes de se ajustar a concentrações mais altas de oxigênio, como comprovaram alguns testes laboratoriais.
Em contraste a este cenário, pouco se sabe sobre as respostas de organismos a exposições repetitivas a sulfureto. A maioria dos organismos provavelmente são capazes de detoxificar H2S até um certo ponto, já que sulfureto está presente na atmosfera em concentrações muito baixas, e também é produzido endogenamente por células eucarióticas como produto da catalização da cisteína. Não obstante, apenas alguns organismos são capazes de resistir a uma exposição continuada a altas concentrações de H2S. Consequentemente, a força da seleção, principalmente contra peixes de movendo de hábitats com sulfureto para hábitats sem, mas também no sentido contrário, deve ser menor que aquela observada nos experimentos de translocação.
Claro que, para comprovar tudo isso, ainda falta bastante estudo, experimentos e testes. É aguardar pra ver.

De uma forma geral, os pesquisadores encontraram baixas taxas de fluxo gênico entre El Azufre e Cueva del Azufre, mas nenhum entre El Azufre e Arroyo Bonita, o que é congruente com os resultados dos experimentos de seleção natural via translocação. Em contraste, a seleção sexual provavelmente tem um papel comparativamente menor na mediação do isolamento reprodutivo, já que acasalamentos entre peixes de diferentes populações podem ocorrer, a despeito da preferência de acasalamento.
Em conclusão, há muitas evidências de que a seleção contra imigrantes contribui substancialmente para o isolamento reprodutivo entre populações adjacentes vivendo em diferentes tipos de hábitats. Particularmente, a viabilidade reduzida de imigrantes - tanto por seleção por fator ambiental abiótico (H2S), ou por uma combinação de fatores abióticos e bióticos (luz e predadores em ambientes cavernosos x ambientes superficiais) parecem contribuir para manter a diferenciação genética em escalas espaciais pequenas.

É amigos... quem disse que o amor é simples?
Não basta a tal química. Sobrevivência é fundamental.


Referências bibliográficas:

- Tobler M, Riesch R, Tobler CM, Schulz-Mirbach T, & Plath M (2009). Natural and sexual selection against immigrants maintains differentiation among micro-allopatric populations. Journal of evolutionary biology, 22 (11), 2298-304 PMID: 19807829