Genes saltadores: um intrão apanhado a saltar entre espécies num cultivo com cheiro a laranja

Os genes costumam seguir um percurso previsível. Recebemo-los dos nossos pais, que os receberam dos deles, e a informação genética passa, de forma contínua, de geração em geração.

Há décadas que os cientistas sabem que alguns genes fogem a essa regra.

Em vez de descerem apenas pelas árvores genealógicas, por vezes dão saltos laterais para organismos totalmente diferentes, chegando mesmo a atravessar a fronteira entre espécies.

As provas estavam por todo o lado, inscritas nos genomas. Mas ninguém alguma vez tinha visto um desses saltos a acontecer. Isso mudou num cultivo laboratorial invulgar, com um ligeiro aroma a laranja.

Conhecer os genes saltadores

Os biólogos chamam-lhes genes saltadores - fragmentos inquietos de código que aparecem em bactérias, plantas, animais e também nos seres humanos.

Alguns são intrões: segmentos de material genético capazes de se recortarem a si próprios de uma molécula maior de ARN e seguirem caminho por conta própria.

Mover-se dentro de um único genoma é uma coisa. Passar para outro organismo é muito mais difícil.

Ainda assim, há muito que as sequências genéticas sugeriam que os intrões o conseguem. A suspeita era que viajassem à boleia, no interior de vírus que os transportariam entre hospedeiros.

Jens Harder, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, decidiu investigar a questão.

Ao ler o genoma de uma bactéria predadora minúscula, encontrou um intrão dentro de um gene essencial e resolveu seguir o rasto do seu ARN.

O estranho cultivo com cheiro a laranja

A bactéria vive num frasco selado com micróbios, mantido activo durante mais de 20 anos à base de limoneno - o composto oleoso responsável pelo cheiro a laranja. Lá dentro, uma comunidade lenta de vida unicelular transforma esse composto em metano.

O habitante mais frequente do frasco é um predador muito pequeno, a bactéria Candidatus Velamenicoccus archaeovorus, que sobrevive agarrando-se a outros micróbios e alimentando-se deles.

As suas vítimas preferidas incluem alguns dos organismos que participam no trabalho de produção de metano.

Entre essas vítimas está Methanothrix soehngenii, uma arqueia filamentosa que figura entre os mais importantes produtores de metano do planeta.

As arqueias são micróbios unicelulares antigos, aparentados com as bactérias mas pertencentes a um ramo de vida distinto. Um estudo anterior tinha mostrado que, no interior destes filamentos, células dispersas estavam a morrer.

Seguir o gene saltador

Em condições normais, o ARN de um intrão nunca sai da célula que o produziu, pelo que ninguém tinha pensado em procurá-lo noutro lugar.

A equipa de Harder construiu marcadores moleculares concebidos para emitirem sinal ao microscópio sempre que se ligassem àquela peça específica de ARN.

Para distinguir uma célula viva de uma célula morta, o grupo recorreu a um indicador simples: uma célula viva produz continuamente um determinado ARN usado para construir proteínas; quando a célula morre, essa produção pára.

Assim, os marcadores poderiam revelar se o intrão aparecia onde não devia.

Ao microscópio, as células do predador brilharam como seria de esperar, com intrão incluído. A surpresa surgiu dentro dos filamentos do produtor de metano.

Em células dispersas que tinham “apagado” - sem o ARN de construção de proteínas, mas ainda com o ADN presente - o intrão voltou a brilhar.

Quando o salto falhou

É aqui que o relato se torna estranho. O intrão passou do predador para a presa, mas chegou a células que já estavam mortas. O predador matou o hospedeiro antes de o gene conseguir fazer o que quer que fosse com a nova morada.

É precisamente este detalhe que torna a observação inédita. Durante décadas, os investigadores deduziram, a partir de padrões em sequências genéticas, que os intrões teriam de atravessar a barreira entre espécies.

Até agora, ninguém tinha apanhado o ARN a meio do trajecto - a viajar de um organismo para outro e a instalar-se com sucesso - até este momento.

Uma contagem do ARN no cultivo mostrou quão raro era o intrão livre. Por cada 20.000 cópias finalizadas do ARN funcional da célula, só cerca de uma correspondia ao intrão solto. Um sinal ténue, mas real e repetível.

Um tipo de ARN mais resistente

O ARN é, em geral, um mensageiro frágil e de vida curta. As células produzem-no, lêem as instruções e depois degradam-no a partir das extremidades em poucos minutos. Numa célula morta, não deveria restar quase nada.

“A estabilidade do ARN do intrão na sua forma em anel é uma característica distintiva”, disse Harder.

A explicação mais provável está na estrutura invulgar do intrão. Quando se separa por splicing, dobra-se num anel fechado de ARN circular. Sem pontas soltas, as enzimas degradadoras não têm por onde começar.

Os mesmos anéis fechados existem nas nossas próprias células, onde um número crescente de estudos os associa ao crescimento de tumores e a uma nova vaga de vacinas baseadas em ARN.

A química que os micróbios usam aqui é a mesma química que a medicina está agora a tentar aproveitar.

Uma nova perspectiva sobre a evolução

Até este estudo, o salto de um intrão entre espécies só podia ser lido ao contrário, reconstruído a partir dos genes que deixou em parentes distantes.

Agora existe uma imagem directa desse ARN sentado dentro de uma célula estrangeira. O salto deixa de ser apenas uma inferência.

Para que houvesse uma verdadeira tomada de posse, faltaria ainda mais uma condição. Para o gene se integrar num novo genoma, teria de viajar com ele uma enzima que copie ARN de volta para ADN.

O predador possui essa enzima; se ela alguma vez chega à presa, continua por esclarecer.

As bactérias trocam genes constantemente, e é assim que características como a resistência aos antibióticos se espalham.

Uma via adicional para material genético atravessar a fronteira entre espécies alarga o quadro de como essa partilha acontece - e de quão frequentemente um salto encontra um hospedeiro vivo, em vez de terminar num beco sem saída.