Lulas e cefalópodes revelam uma flexibilidade genética extraordinária

Cefalópodes como as lulas poderão ser o mais próximo que alguma vez conheceremos de uma inteligência alienígena: pertencem a uma linhagem evolutiva diversa, oriunda de um mundo inteiramente diferente sob as ondas.

Apesar das particularidades dos nossos cérebros e corpos, todos continuamos a ser obras em curso, moldadas por um processo comum.

Nos seres humanos e noutros animais ocorre constantemente uma reorganização transitória e reversível do transcriptoma, através do que se chama edição de ARN mediada pela adenosina desaminase que atua no ARN, ou ADAR.

Em termos simples, é como imprimir uma receita e trocar as passas por pepitas de chocolate imediatamente antes de a entregar ao pasteleiro.

Talvez nenhuma outra criatura o faça tão bem como os cefalópodes coleoides, grupo que inclui as inteligentes e moles lulas, os polvos e os chocos. E a diferença é considerável.

Uma nova investigação mostra que o ARN destes cefalópodes parece mais maleável do que o criador de personagens de Skyrim. Daí resultam proteínas alteradas que, por vezes, aumentam as capacidades biológicas a uma escala extraordinária.

Como as lulas editam o ARN e alteram as proteínas

Num estudo publicado na revista Cell, uma equipa liderada por investigadores em ciências biológicas da Universidade da Califórnia em São Francisco (UCSF) analisou o proteoma da lula-costeira-de-barbatanas-longas (Doryteuthis pealeii). O objetivo era perceber o que fazem estas edições, examinando o conjunto completo das suas cerca de 24 000 proteínas.

A maior surpresa poderá ter sido a amplitude dos efeitos encontrados.

«Encontrámos efeitos na atividade, na estabilidade e na localização das proteínas, e até na forma como interagem com outras proteínas. Os efeitos subsequentes chegam mesmo a regular a saúde dos organelos», disse ao ScienceAlert o primeiro autor do estudo, Jack Moen, investigador em biologia celular e molecular na UCSF.

«Ao editarem as instruções de ARN usadas para produzir proteínas, estes animais conseguem gerar proteínas com propriedades diferentes, sem alterar o seu ADN.»

Antes deste trabalho, sabia-se relativamente pouco sobre estas alterações. Ainda assim, os investigadores referem no artigo que já se tinha demonstrado que influenciam a comunicação no sistema nervoso central, talvez em resposta a condições ambientais ou fisiológicas, como as oscilações de temperatura.

Para descobrir outros efeitos, a equipa estudou quase 8 000 locais de edição em mais de 2 000 proteínas diferentes, no lobo ótico e nas brânquias das lulas. Assim, pôde comparar a atividade de edição de ARN no sofisticado cérebro da lula com a do órgão respiratório, cuja função é mais «de manutenção».

O lobo ótico, que permite ver e reagir ao que se vê, ocupa uma parte considerável do sistema nervoso central da lula e apresenta uma atividade de edição frequente e mais complexa.

Isto poderá fazer sentido: os cefalópodes têm a capacidade de edição por ADAR mais robusta e os sistemas nervosos mais complexos observados entre os invertebrados. Os investigadores sugerem que estas características surgiram em conjunto.

É importante notar que estas edições ocorrem em sequências que codificam proteínas, e não nas partes «inúteis» do genoma que não as codificam.

Algumas alterações atingem as próprias proteínas ADAR: estes intervenientes moleculares são modificados, permitindo algum equilíbrio ou autorregulação dos genes.

«Outro resultado que nos impressionou foi o potencial para criar novas sequências de proteínas», acrescenta Moen. A equipa identificou 5 000 proteínas curtas ausentes tanto do proteoma de referência da lula como da base de dados Swiss-Prot, considerada uma referência de excelência e que inclui 14 000 organismos.

Um bom pasteleiro, ou um que trabalhe ao acaso, acaba sempre por fazer diferentes tipos de bolachas.

Efeitos da recodificação nas células das lulas

A edição também altera a localização das proteínas: as suas formas modificadas deslocam-se da periferia das células em direção ao núcleo, a sede celular.

Esta recodificação proteica pode alterar a ação de organelos, a versão celular dos órgãos, como as mitocôndrias. Mesmo quem adormeceu nas aulas de fisiologia sabe que estas são as essenciais «centrais energéticas da célula».

Na verdade, os investigadores descobriram que a recodificação poderá tornar as mitocôndrias das lulas mais semelhantes às humanas: mais estáveis perante as condições ambientais e mais capazes de se reciclarem.

Do mesmo modo, a recodificação parece afetar os seus sistemas de creatina, fornecendo impulsos de energia às lulas para movimentos evasivos ou outros processos cerebrais complexos.

Surpreendentemente, tudo isto acontece pela edição de uma base de cada vez. E esse é precisamente o objetivo: o plano mestre do ADN não é alterado, evitando a possível transmissão de mutações prejudiciais. É uma espécie de ensaio gratuito do proteoma, sem necessidade de fornecer dados do cartão de crédito.

No conjunto, os resultados mostram que os cefalópodes são ainda mais semelhantes a extraterrestres do que lhes reconhecíamos, mantendo um grau de flexibilidade genética sem paralelo.

O potencial de edição genética dos cefalópodes

Mas porque se aplica isto aos cefalópodes e não a outros animais?

Segundo Moen, a resposta está nas estruturas das enzimas ADAR, mas também noutras razões que exigem mais investigação.

As possibilidades teóricas são avassaladoras e ultrapassam largamente a escala astronómica: há mais variantes de proteínas do que todas as estrelas, planetas e nuvens de álcool gigantes do Universo juntos.

«Se olharmos para todos os locais identificados nos dados de sequenciação de ARN, a estimativa teórica aproxima-se de 10²⁴⁸», disse Moen ao ScienceAlert.

Esse valor ultrapassa em muito, por mais de 100 ordens de grandeza, o número de todos os átomos do Universo.

Representa, por isso, uma dualidade fundamental entre o potencial natural e aquilo que realmente se concretiza.

«Descrevem uma diversidade potencial enorme», afirmou Moen. Continua por saber quanto dessa diversidade é efetivamente produzido pelos animais.

A investigação foi publicada na revista Cell.

Este artigo foi verificado por Rachel Garner e editado por Peter Dockrill. Embora tenhamos orgulho no nosso processo, somos apenas humanos. Se detetar um erro, agradecemos que nos informe.