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Cromossomos B: excedentes e ‘apagados’, mas com importância biológica

Publicado em 25 fevereiro 2021

Por Vinícius Nunes Alves, Jordana Oliveira e Adriane Pinto Wasko

Provavelmente você já ouviu falar em cromossomos alguma vez na escola. Cromossomos são nada mais nada menos que as estruturas compactadas das moléculas de DNA que ficam dentro do núcleo das células. São nessas estruturas de nome estranho que os genes se distribuem e, por isso, são responsáveis pela transmissão de grande parte das características hereditárias, aquelas que passamos de uma geração para outra. Deu para lembrar da importância deles agora?

A palavra cromossomo vem da fusão de dois radicais – “chroma” que significa cor e “soma” que significa corpo. Ou seja, são elementos que podem ser corados para serem visualizados e estudados. Muitas pessoas, quando imaginam cromossomos, os associam com elementos estáticos. Mas na verdade são bastante dinâmicos e podem mudar de diversas formas em uma escala de tempo evolutivo.

Cromossomos nucleares não são exclusividade do bicho humano, pois ocorrem em todos organismos que possuem núcleo organizado e protegido por uma membrana – os chamados seres eucarióticos que estão espalhados por quase todos os reinos da vida (protozoários, fungos, plantas e animais). Curiosamente, segundo características específicas, os cromossomos são classificados em algumas classes pela ciência.

A, B, X, Y, Z e W: o alfabeto dos cromossomos

Os cromossomos A que são aqueles que fazem parte do que biólogos chamam de complemento cariotípico regular de uma espécie, que deriva de autossomos, são cromossomos essenciais para o desenvolvimento e a reprodução dos organismos. Mudanças no número ou na estrutura deles podem causar alterações, como as famosas síndromes, que relativamente poucas pessoas nascem ou desenvolvem.

Ainda, existem os cromossomos especializados, e nessa classe destacam-se os cromossomos sexuais e os cromossomos B. Os cromossomos sexuais são responsáveis por carregar genes que serão expressos especificamente em algum sexo. Nos mamíferos, por exemplo, as fêmeas carregam dois cromossomos X e os machos carregam um X e um Y. Já outros grupos de animais, como as aves, os machos carregam dois cromossomos Z e as fêmeas carregam um Z e um W.

Entretanto, também podem existir cromossomos extras no genoma de diferentes espécies, sugerindo que não são cromossomos essenciais, podendo ser dispensáveis e às vezes até parasitas. Esses cromossomos extras são também conhecidos como cromossomos B, em oposição aos cromossomos “A”, e já foram identificados em algumas espécies de plantas, fungos e animais.

Quando cromossomos B conseguem se perpetuar em algumas espécies e, ainda sofrem variações, isso pode ter significados evolutivos que intrigam a Citogenética, campo da ciência que investiga estrutura e função dos cromossomos. Nesse sentido, surgem alguns questionamentos como: são essas variações que permitem a sobrevivência desses cromossomos B? Esses cromossomos são “egoístas”, já que eles aparentemente não trazem benefícios aos seus portadores e ainda demandam que as células mantenham um material genético extra? Mas essa visão clássica e unidirecional já começou a mudar com novas evidências e assim caminha a ciência. Por quê?

Pesquisa brasileira traz informações sobre cromossomos B

Estudos têm demonstrado que a função do cromossomo B varia entre as espécies. Por exemplo, hoje conhecemos diversos casos em que os cromossomos B podem conferir alguma vantagem para o indivíduo ou para população, ou casos em que os cromossomos B atuam na diferenciação de uma característica externa como cor, tamanho, peso e sexo. Falando em sexo biológico, curiosamente em algumas espécies, quando os cromossomos B estão presentes no organismo, geralmente determinam o sexo feminino, ou seja, favorecem o nascimento de mais fêmeas na população. O que isso pode significar para evolução dessas espécies? Essa é uma das questões que projetos como “Cromossomos sexuais, cromossomos B e seus enigmas: sistemas modelo para estudos de evolução cromossômica e genômica, financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) está investigando em diversos grupos de animais, entre eles, espécies de peixes, insetos e de roedor.

Além do roedor, esse projeto temático FAPESP também estuda lambaris e gafanhotos, e são com esses animais que os pesquisadores trouxeram um acréscimo importante para a Citogenética, descrevendo diversos genes presentes no cromossomo B que podem estar relacionados com seu comportamento dentro da célula.

Um grupo do projeto em questão publicou um artigo, em 23 de setembro de 2020, na renomada BMC Genomics. Só o título “B chromosomes of multiple species have intense evolutionary dynamics and accumulated genes related to important biological processes” (em tradução livre, “Cromossomos B de várias espécies têm dinâmica evolutiva intensa e genes acumulados relacionados a processos biológicos importantes”) já entrega boa parte do conteúdo para os pesquisadores da área. Mas parece um mistério de difícil abstração para quem não é da área e tem curiosidade e interesse sobre ciências biológicas em geral.

A pesquisa reuniu dados de sequenciamento de DNA de 3 espécies animais para investigar padrões semelhantes do cromossomo B. Arte: Jordana Oliveira

O principal recado que esse título contém é que os autores do artigo, trabalhando com sequenciamento de genomas de três espécies animais (dois peixes Astyanax mexicanus e Astyanax correntinus, popularmente conhecidos como lambaris, e um gafanhoto Abracris flavolineata), identificaram nos cromossomos B alguns genes codificadores de proteína e algumas sequências de DNA repetitivo que atuam em funções importantes, como metabolismo, morfogênese e reprodução. E o mais curioso: esses genes e essas sequências, com ocorrência exclusiva nos cromossomos extras “egoístas”, modulam esses mesmos papéis funcionais em espécies evolutivamente bem distantes, como peixes e insetos.

O geneticista Cesar Martins, um dos autores do artigo e pesquisador coordenador do projeto temático, ressalta que “os achados desse artigo só foram possíveis porque não se trata apenas de um estudo cromossômico tradicional – aliamos bioinformática e análise de dados em larga escala para entendermos melhor a composição e função dos ácidos nucléicos e proteínas que estão presentes nesses cromossomos B”.

Ainda sobre a observação das características biológicas dos cromossomos, Ivan Wolf, pós-doutorando autor do estudo que coloca genomas lado a lado e analisa em uma visão panorâmica eventuais padrões de genes, diz: “A Citogenética avançou tanto nas últimas décadas que hoje as tecnologias de sequenciamento genômico permitem a análise da composição e localização de regiões repetitivas e estruturais, possibilitando um estudo bem mais detalhado dos cromossomos Bs”.

Nesse momento, vale lembrar o diferencial do estudo que é ir além da Citogenética clássica que se limita a observações externas dos cromossomos nas células, como padrões ou alterações no número e ou na estrutura deles. Graças aos recursos recebidos pela FAPESP, o estudo também consegue realizar observações internas nos cromossomos, ou seja, analisar os genomas, a sequência de DNA que compõe os cromossomos. Essa segunda abordagem é conhecida como Citogenômica. Além disso, foi a primeira vez que um estudo comparou o conteúdo do cromossomo B de espécies evolutivamente distantes.

Do cromossomo ao DNA. Os cromossomos são classicamente estudados a partir de sua estrutura macro. Recentemente, cientistas começaram a investigar a biologia dos cromossomos através da sequência de DNA. Ambas as áreas, citogenética clássica e citogenômica, são importantes e complementares para o entendimento da origem, evolução e comportamento dos cromossomos. Arte: Jordana Oliveira

A partir da associação da Citogenética clássica com a Citogenômica direcionada para os cromossomos B de lambaris e gafanhoto, os pesquisadores reportam diversas funções comuns, mesmo em espécies evolutivamente distantes. Isso porque, nos termos do artigo, os cromossomos B carregam genes que atuam em processos importantes como metabolismo e reprodução.

Para Adauto Cardoso, geneticista que também é autor do estudo, “os resultados indicam que cromossomos B de lambaris e de gafanhoto tendem a acumular genes que expressam importantes funções para o ciclo celular e isso reforça a sua “natureza egoísta”, permitindo que se mantenham no genoma do hospedeiro sem serem eliminados”. Assim, esses cromossomos possuem seu próprio conteúdo genético para se replicarem nessas espécies.

Abrindo novos horizontes

Pesquisas como essa que investiga os enigmas da evolução dos cromossomos B em diferentes espécies animais abrem um horizonte para entender se cromossomos B têm funções ou comportamentos semelhantes ou diferentes em cada espécie, assim como para entender se existem mecanismos moleculares que permitem a evolução dos Bs em harmonia com cromossomos regulares A.

Desta forma, trabalhos da citogenômica, genética e evolução buscam entender as questões básicas da vida. Muitas vezes dentro das Ciências básicas, esses estudos são os que constroem a base para o conhecimento que será aplicado em muitas outras áreas. A partir do entendimento sobre a composição e comportamento dos cromossomos nas células, torna-se viável explorar pesquisas aplicadas à conservação e à agricultura, por exemplo. Assim, é possível concluir que toda pesquisa importa, pois é a forma como desvendamos os enigmas do universo.

Autores: Vinícius Nunes Alves, Jordana Oliveira e Adriane Pinto Wasko

Sobre o artigo “B chromosomes of multiple species have intense evolutionary dynamics and accumulated genes related to important biological processes” – O artigo tem como primeiro autor Syed Farhan Ahmad, um jovem cientista paquistanês que era doutorando durante a pesquisa realizada aqui no Brasil, sob orientação de Cesar Martins no Instituto de Biociências de Botucatu (IBB) da Universidade Estadual Paulista (Unesp). Outros sete pesquisadores, duas mulheres e cinco homens, são coautores. Dentre esses, três são também ligados ao IBB, um ao Departamento de Biologia Geral e Aplicada do Instituto de Biociências de Rio Claro da Unesp, um ao Departamento de Bioprocessos e Biotecnologia da Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp, um ao Centro de Ciências da Biologia e Saúde da Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Unioeste) e um ao Departamento de Biologia Molecular e Celular da Universidade de Connecticut (UCONN) nos Estados Unidos.