Os peixes que vivem nos oceanos Ártico e Antártico desenvolveram estratégias engenhosas para evitar que seu sangue e tecidos congelem nas inóspitas águas polares. Uma dessas estratégias adaptativas é a evolução de genes que produzem proteínas anticongelantes. No entanto, mais de uma década atrás, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que arenques e smelts – duas espécies completamente diferentes – têm exatamente a mesma proteína anticongelante codificada em seus genomas, indicando uma transferência de genes entre eles. Exemplos como esse levantam a questão: como os genes podem “pular” entre espécies completamente diferentes? Esse fenômeno raro, conhecido como transferência horizontal de genes (HGT), tem intrigado os biólogos evolutivos há muito tempo. E apesar de novos casos de HGT serem descobertos em todos os ramos da vida ao longo dos anos, os mecanismos responsáveis por essas transferências permaneceram amplamente desconhecidos.
Agora, os cientistas do grupo de Alejandro Burga no IMBA não apenas pegam em flagrante um evento HGT no reino animal, como também identificam um de seus vetores há muito procurados. Por meio de um trabalho de detetive genético, Burga e sua equipe mostraram um evento de HGT entre duas espécies de vermes isoladas reprodutivamente e geneticamente tão diferentes entre si quanto os humanos são dos peixes. Mais importante, eles puderam identificar o que o causou: uma família de transposons semelhantes a vírus chamada Mavericks.
Apontando um culpado: Mavericks como vetores de HGT
“Os Mavericks já eram conhecidos como uma classe de transposons, mas nosso trabalho os liga ao HGT pela primeira vez”, diz o líder do grupo IMBA, Alejandro Burga, autor correspondente do estudo. “Sabíamos que o HGT ocorria entre espécies animais, mas não tínhamos ideia de como. Esta é a primeira vez que conseguimos identificar definitivamente um culpado”, acrescenta a co-primeira autora Sonya Widen, pós-doutoranda no laboratório de Burga.
Quando Mavericks foram descobertos em meados dos anos 2000, eles foram inicialmente considerados grandes transposons, elementos genéticos egoístas que saltam e se autopropagam no genoma às custas de seu hospedeiro. Mavericks foram rapidamente relatados na maioria dos ramos de eucariotos, incluindo humanos, estabelecendo assim que eles se originaram há muito tempo.
Transposons e vírus, caldeirão da natureza?
Em breve, evidências de que Mavericks genes contidos que codificam elementos virais, como um capsídeo e uma polimerase de DNA, começaram a surgir. “A evolução de transposons e vírus está fortemente entrelaçada,” diz Burga. No entanto, o capsídeo e a DNA polimerase não são suficientes para permitir que um transposon salte do genoma de seu hospedeiro e infecte as células de um hospedeiro completamente diferente. Agora, os pesquisadores do IMBA encontraram o elo que faltava: Mavericks em genomas de vermes adquiriram a chamada proteína fusogênica, uma proteína transmembrana que medeia a fusão da membrana entre diferentes células. Ao adquirir um fusogênio, os autores levantam a hipótese de que o verme Mavericks tornou-se capaz de formar partículas semelhantes a vírus que podem se fundir com as membranas celulares de outro organismo e infectá-las. “Até onde sabemos, nenhum fusogênio foi relatado em Mavericks antes. Assim, pensamos que o verme Mavericks pode ter captado sua sequência de um vírus”, diz Widen. “Os transposons e os vírus podem ser vistos como o caldeirão da natureza. Sua união pode ter repercussões imprevisíveis e levar à inovação genômica”, diz Burga.
Demonstrando o significado de HGT em vermes
No presente estudo, a equipe do IMBA liderada por Alejandro Burga e os co-primeiros autores Sonya Widen e Israel Campo Bes, ex-estudante de mestrado no laboratório de Burga, encontraram o HGT “totalmente por acaso”, como diz Widen. Na verdade, a equipe estava estudando a origem evolutiva de um elemento egoísta no nematóide Caenorhabditis briggsae. Fazendo algum trabalho de detetive, eles conseguiram rastrear a sequência desse gene egoísta até outro nematóide, C. plicata, que carregava uma cópia quase idêntica. Este achado é surpreendente porque C. briggsae e C. plicata são duas espécies reprodutivamente isoladas. “Seus genomas são tão divergentes quanto os dos humanos e dos peixes, e ainda assim ambos têm um gene quase idêntico que mostra claramente características de um evento HGT evolutivamente recente”, diz Campo Bes. “Observando cuidadosamente o genoma de C. plicata, descobrimos que a sequência ancestral que deu origem ao gene egoísta em C. briggsae estava embutida dentro de um Maverick em C. plicata. O fato de que esse gene recém-introduzido posteriormente evoluiu para um O novo gene egoísta em C. briggsae demonstra o impacto do HGT na evolução do genoma”, explica Widen. A equipe do IMBA então mostrou que os Mavericks são responsáveis por dezenas de eventos independentes de transferência de HGT entre espécies de vermes pertencentes a diferentes gêneros e encontrados em todo o mundo.
Relevância agrícola e médica
Os cientistas do IMBA argumentam que a união entre transposons e vírus é um fator chave na mediação do HGT. Embora ainda achem difícil acreditar em seu sucesso, eles reconhecem o impacto que suas descobertas podem ter para desvendar os mistérios do HGT. “Eu estava convencido de que estávamos vendo um caso de HGT quando vimos pela primeira vez esses resultados no laboratório, mas também tinha certeza de que nunca descobriríamos como isso aconteceu. No entanto, as estrelas se alinharam”, disse Burga, que também prevê que Mavericks e elementos transponíveis semelhantes a vírus poderiam mediar HGT em vertebrados e outros eucariotos. Por fim, a equipe prevê possíveis aplicações tanto em laboratório quanto como medidas de controle de pragas contra espécies de vermes parasitas: “Se o HGT mediado por Maverick for amplamente aplicável a qualquer espécie de nematoide, ele tem o potencial de se tornar um recurso inestimável. aplicações laboratoriais e de pesquisa, como a manipulação genética de nematóides não-modelos, tal recurso pode nos permitir, no futuro, modificar geneticamente espécies de nematóides parasitas que podem ser de relevância agrícola ou médica”, conclui Burga.