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A vida íntima de um verme elegante

Características do verme que os pesquisadores querem usar como modelo para conhecer a bagagem genética do homem.

Minúsculo, transparente, bissexual, é o ser mais devassado pela ciência. Os pesquisadores pretendem usá-lo como modelo para conhecer a bagagem genética do homem

Medindo menos de 1 milímetro, não mais espessas do que um fio de cabelo, centenas de milhares de formas agitam-se numa placa de vidro no laboratório. Sendo perfeitamente transparentes, pode-se ver como funcionam por dentro e como passam de embrião a adulto em menos de três dias. São os Caenorhabditis elegans, um nome e tanto para um íntimo verme que se tornou provavelmente o ser mais conhecido da Biologia. Nos últimos 25 anos, o C. elegans tem sido estudado por cientistas de várias partes do mundo, num raro caso de cooperação. Eles já sabem de onde vem cada um de suas 959 células. Sabem também como se ligam seus 302 neurônios, ou células nervosas. Mapearam a maioria de seus genes e descobriram o que fazem muito deles. Em laboratórios como o de Cambridge, na Inglaterra, e de Saint Louis, nos Estados Unidos, pesquisadores estão prestes a decodificar a planta genética do C. elegans, como exercício rumo à meta suprema da Biologia molecular – o mapeamento de todas as instruções genéticas do ser humano.

Essa aventura começou em 1963, quando Sydney Brenner, um biólogo molecular sul-africano da Universidade de Cambridge, escreveu a seu chefe, o bioquímico austríaco Max Ferdinand Perutz, Prêmio Nobel de Química no ano anterior:”Eu gostaria de domar um pequeno metazoário”. O que ele queira era conhecer tudo sobre um animal “de verdade”, cujo organismo fosse composto de tipos muito diferentes de células, ao contrário da relativa simplicidade de uma bactéria. Brenner, hoje com 64 anos, é baixo e dono de um sorisso tarvesso, olhos que não param de piscar e imensas sobrancelhas. Na época, a ousadia de seu projeto era espantosa. Afinal, ele pretendia aprender como as instruções herdadas por um ser vivo – numa palavra, os genes – constroem um organismo e controlam seu comportamento.

“As pessoas achavam que eu estava maluco”, recorda Brenner. “Jim Watson, por exemplo, disse que não me daria um centavo. “Essa é uma ironia que Brenner adora contar, porque Jim, ou melhor, James Eatson, um dos descobridores da estrutura em dupla hélice da molécula da hereditariedade, o DNA, dirige atualmente nos Estados Unidos o projeto do genoma humano – de onde saíram 6 milhões de dólares para o início da decodificação do C. elegans. Brenner tinha a seu favor um currículo admirável: universitário aos 15 anos, em pouco tempo se formara em Medicina e Biologia, tendo ido pesqusar em Cambridge, onde conquistou a reputação de resolver os mais difíceis problemas da Biologia Molecula. Graças a isso, conseguiu o apoio do conselhos de pesquisas medicas da Universidade.
Como o sobrenome sugere C. elegans, o verme, é uma criatura esguia. Pertence à classe dos nematóides. Eles estão em toda parte, no solo, na água, nas plantas e ainda nos intestinos e vasos sanguineos de outros animais. Alguns são grandes, como as lombrigas. Outros são grandes como as angüílulas que destroem os tomateiros. A maioria é parasita, como o C. elegans, vivem livremente no solo, nitrindo-se de bactérias. Como qualquer neumatóide, o c. elegans tem tudo oque Brenner precisava: nervos, músculos, intestinos e órgãos sexuais. Um bicho de verdade – mas pequeno, simples e fácil de lidar. Milhões deles ficam sossegados numa placa de vidro, desde que lhes dêem bactérias para comer. E podem ser congelados em nitrogêniolíquido para uso futuro. Alguns já foram revividos depois de anos no gelo – o equivalente, em termos humanos, a uma hibernação de quarenta milênios.

Mas o grande triunfo do verme é sua vida sexual. A maioria dos neumatóides ou são machos ou são fêmeas. O C. elegans não. Quase todos são hermafroditas: as auto-reproduzem , de sorte que cada descendente é uma copias perfeita do genitor. Essa característica forneceu a chave de sucesso a seus segredos. Quando Brenner encontrava um mutante – um espécime que parecia diferente dos demais –, ele o punha em outra placa; uma semana depois, havia ali centenas de filhotes mutantes. Neles se fundamentou uma singela estratégia de pesquisa.

O pesquisador tem um verme que se comporta de maneira estranha. Seus descendentes também agem estranhamente, sinal de que seus genes são diferentes dos de um verme normal. O pesquisador sabe que os genes controlam a forma pela qual os nervos e músculos se desenvolvem e funcionam. Assim, o que ele faz é compara o sistema nervoso do mutante e do normal, à procura de diferenças. O primeiro passo foi desembaraçar a “fiação” neuronal do verme, examinando-a ao microscópio eletrônico. O reponsável pelas investigações anatômicas foi John White, um dos primeiros cientistas a se associar a Brenner.

Para White, uma das mais importantes propriedades do verme consisteno fatp de que, se dois deles tiverem os mesmos genes, seus organismos serão idênticos.Os seres humanos, mesmo os gêmeos univitelininos, não possuem células individuais fácilmente indentificaveis. Com o C. elegans é diferente. “Cada neurônio seu tem um nome, que lhe demos”, explica White, “por que foi impossível identifica-los uma a um.” Assim, a parte de estudo de um punhado de indivíduos, os pesquisadores construíram um esquema de fiação nervosa aplicável a especie inteira.

Os vermes foram fatiados e as fatias fotografadas ao microscópio eletrônico. Um único verme dava 10 000 fatias. Como manter essas finíssimas camadas intactas e em ordem? “Se cada fatia fosse uma fot”, compara White, “teríamos uma pilha de 2 metros de altura.” A equipe levou treze anos fatiando os vermes e reconstituindo os nervos e suas conexões fatia por fatia. O resultado foi um o diagrama dos circuitos do c.elegans, um conjunto de 302 neuronios, com todas as suas ligações e todas as suas características – um soberbo feito cientifico.
Por sua vez, John Sulston, que se juntou ao projeto pouco anes de White, tartou de observar células individuais ao microscópio. Acompanhando uma divisão celular após outra, foi capaz de saber como surgiu cada célula. Mapeando sua trajetória bioquímica, Sulston e seus colegas estabeleceram a completa linhagem celular do verme. Em seguida, Sulston embarcou num projeto ainda mais arrojado. “Decidi que deveríamos tentar entender cada gene no organismos”, conta. Para tanto, ele precisava primeiro de um mapa genético – um genoma: Contido no ácido desoxirribonucléico (DNA), como em qualquer ser vivo, o genoma do verme equivale a um mensagem de cerca de 100 milhões de letras, dividida em seis cromossomos.

O passo inicial consitiu em fragmentar ao acaso o DNA e inserir cada fragmento numa célula bacteriana modificada de modo a armazená-lo e copiá-lo sempre que a bactéria se multiplicasse. Como esses “livros” bacterianos contêm no máximo 40 00 letras de DNA do verme teria mais de 2 500 volumes. Pode-se dizer que o problema de Sulston estava em saber como colocar esses volumes em ordem e como criar um fichário que indicasse o volume específico em que determinado gene poderia ser encontrado.

Trabalhando com Alan Coulson, Sulston implementou uma idéia de Brenner: o DNA de cadê volume foi convertido num padrão exclusivo – a sua impressão digital – mais ou menos como o código de barras de cada produto no supermercado. Sulston e Coulson começaram então a procurar os volumes que contivessem pedacinhos do mesmo DNA e cujas impressões digitais, portanto, se repetissem. Dois volumes redundantes formavam um região contígua – um “contig”, no dizer dos cientistas. Dois contigs poderiam ser casados para formar um contig maior e assim por diante.

Mediante esse laborioso processo, toda a biblioteca de 2 500 volumes ficou reduzida a cerca de 700 contigs. Foi quando entrou em cena Bob Waterlton, da Universidade Washington em Saint Louis, nos Estados Unidos. Um colega de Waterston havia aperfeiçoado um cromossomo artificial – um novo tipo de volume capaz de armazenar fragmentos maiores de DNA. Waterston então criou e enviou a Cambridge cópias de uma nova biblioteca que continha o genoma completo do verme em muito menos volumes. Graças a essa ajuda, em 1990. sete aos depois que Sulston embarcou no projeto, ele e Coulson concluíram o mapa genético quase completo do verme. Jonathan Hodgkin, o mais jovem dos cientistas que estudam o C. elegans e o primeiro a apresentar uma tese com base nessas pesquisas, mee com o que há de mais interessante no bichinho: com ele controla seu sexo. Um C. elegans comum é hermafrodita, basicamente uma fêmea que produz um pouco de esperma. Machos raramente aparecem, quando um ovo perde um de seus dois cromossomos sexuais.

“A reprodução sexuada é um total desperdício”

O animal resultante passa a maior parte do tempo em busca de hermafroditas para se acasalar. “Localizado o hermafrodita, rasteja sobre ele e nele insere suas espículas, para transferir o esperma”, descreve Hodgkin. “É a coisa mais complicada que o verme faz.” Embora tivessem descoberto um coleção de genes capazes de influenciar o sexo de um verme, Hodgkin e seus colegas ainda ignoram porque o C. elegans tem um sistema sexual hermafrodita, quando seu parente mais próximo tem os sexos convencionais, masculino e feminino. Os pesquisadores conseguiram criar fêmeas a partir de hermafrodita. Mas o C. elegans geneticamente modificado é um ser nitidamente inferior. “Numa competição pela sobrevivência entre, de um lado, dois hermafrodita, e, de outro, um macho e uma fêmea, os hermafroditas sempre vencem”, assegura Hodgkin. “É uma demonstração dramática do desperdício que é a reprodução sexuada. Machos não servem para nada, a não ser produzir esperma.” Pode ser, mas isso ainda não explica por que o C. elegans é hermafrodita.

Enquanto a equipe de Hodgkin estuda sexo, outras voltam-se para questões como desenvolvimento celular e padrões de crescimento. A próxima etapa é a seqüência completa de cada um dos 100 milhões de letras, ou bases, da bagagem genética do verme. Trata-se de descobrir, em suma, como os genes criam um organismo que respira, age, vive. O C. elegans, nesse sentido, é um modelo para a tão falda, milionária pesquisa do genoma humano. Há mais, porém. Formas de vida como os parasitas são responsáveis por muito sofrimento humano. De um modo ou de outro, doenças causadas por eles afligem pelo menos um terço da humanidade. “Com o conhecimento adquirido do C. elegans”, deveremos ser capaz de atacá-las”, confia Sulston.