terça-feira, 25 de maio de 2010

Infecção viral associada à diabete tipo I

Pesquisadores italianos detectaram uma associação significante entre infecção por enterovirus e diabetes tipo I em crianças. Examinando 112 pacientes das unidades de endocrinologia pediátrica de Varese e Pisa entre 2 e 16 anos, os pesquisadores italianos detectaram baixa infectividade enteroviral e fragmentos genômicos em 83% dos pacientes com diabete tipo I, em comparação a apenas 7% das crianças sem a doença. Os pesquisadores são cuidadosos em afirmar que não se pode concluir nenhuma relação causal entre a infecção viral e diabete - ou seja, com esses dados não se pode afirmar que o enterovirus causa diabete, por exemplo - mas se os resultados forem comprovados em outros estudos (outras populações, por exemplo), o enterovirus poderá ser usado como marcador biológico de diabete juvenil.

Os resultados da pesquisa foram apresentados no encontro da Sociedade Americana de Microbiologia. A diabete tipo I, ou diabete juvenil, é uma doença auto-imune onde as células beta do pâncreas, produtoras de insulina, são atacadas pelo sistema imune do paciente (por isso o paciente precisa de injeções de insulina).

Fonte: Science Daily

domingo, 16 de maio de 2010

Como sabemos o que sabemos?

O Exploratorium, museu de São Francisco de ciência, arte e percepção humana, criou uma exposição online sobre evidência e método científicos chamada "Como sabemos o que sabemos?". Há versões do site em inglês e espanhol.

Fonte: blog da revista "Evolução: Educação e Extensão"
Crédito da Imagem: site da exposição

O neandertal está morto! Viva o neandertal!

ResearchBlogging.orgNo primeiro post, vimos que os primeiros neandertais apareceram cerca de 400 mil anos atrás, que estavam restritos à Europa e à Ásia Ocidental, e que desapareceram há cerca de 30 mil anos. Humanos modernos também se originaram na África e foram se expandindo ao redor do globo, a partir de uns 80 mil anos atrás. Continuando então a leitura sobre o neandertal, vejamos agora o artigo mais comentado (e o comentário na revista).

A análise começou com uma amostra de 21 ossos sem importância morfológica de um sítio arqueológico na Croácia, de onde extraíram um pouco de material ósseo (com uma broca de dentista!). Dessa amostra os pesquisadores elegeram três ossos para realizar o sequenciamento,  vindos de três fêmeas e datados entre 38 e 44 mil anos. Esse material continha entre 95 e 99% de DNA microbiano (bactérias que colonizaram os ossos nos últimos milênios), e além disso estavam também contaminado por DNA humano difícil de distinguir do DNA neandertal devido à similaridade. Os autores da pesquisa passaram os últimos vinte anos desenvolvendo a tecnologia para sequenciar esse tipo de material, que inclui correção computadorizada da degradação química, enzimas que destroem seletivamente os contaminantes e busca em bases de dados dos segmentos sequenciados para verificar a origem.

Eles sequenciaram no total mais de 4 bilhões de pares de bases (sítios de DNA), para compor os 3 bilhões de pares de bases do genoma neandertal. Isso equivale a uma cobertura média de 1,3: bem menor que o outro trabalho com microarray que vimos antes, mas muito mais ampla pois aqui temos quase todo o genoma (algumas regiões não estão representadas). Este genoma neandertal é uma composição entre as três espécimes, e não o genoma de um único indivíduo. Eles comparam algumas regiões com outras sequencias de neandertais para confirmar, e o mais importante: compararam também com os genomas de cinco indivíduos atuais: dois africanos (de etnias distintas), um francês, um chinês e um papuásio (de Papua-Nova Guiné). A partir daí puderam fazer várias comparações estatísticas baseadas em variações da figura abaixo:



Árvore filogenética usada nas comparações entre os genomas alinhados
(figura modificada do artigo doi:10.1126/science.1188021)


Por exemplo, pode ser estimado que a divergência entre o genoma neandertal e o genoma humano de referência (aquele genoma "artificial" que tenta reproduzir nossa variabilidade genética) é mais ou menos 12% da divergência entre o genoma de chimpanzé e o genoma humano, enquanto os cinco genomas individuais apresentam divergência média entre 8 e 10%. Ou seja, os genomas individuais possuem quase a mesma distância do genoma humano de referência do que o genoma nenadertal. O que quer dizer que os neandertais são de fato muito próximos de um humano moderno - apesar de um pouquinho mais distintos.

Usando um raciocínio similar ao do outro trabalho publicado conjuntamente, os pesquisadores detectaram 78 substituições de nucleotídeo que modificaram uma proteína em humanos, após a separação de homens modernos e neandertais. Essas proteínas estão associadas a células epidérmicas, adesão celular (possivelmente cicatrização), movimento flagelar de espermatozóides, e transcrição gênica. Eles também encontraram várias regiões não-codantes (não são traduzidas para proteínas) que são únicas aos humanos modernos, e essas regiões são promissoras agora que começamos a entender sua importância - vide epigenética, microRNA e cia.

Outro método usado foi a detecção de regiões sujeitas à varredura seletiva (o nome em inglês é selective sweep, e quer dizer mais ou menos um "arrastão" seletivo), e se baseia no fato que quando um variante gênico é vantajoso, ele eventualmente poderá ser fixado na população, e caso contrário observaremos mais de um variante. Os autores usando esse método detectaram 212 regiões que podem estar sob esse tipo de seleção, entre elas genes associados a células epiteliais, autismo, diabete e esquizofrenia. Aqui cabe um aviso: isso não quer dizer que os neandertais tivessem esses problemas, muito menos que os genes foram selecionados para termos essas doenças! Não se sabe nem a função exata desses genes em humanos, apenas as consequencias de sua deficiência. Outro gene detectado pelo método é um fator de transcrição associado à displasia cleidocraniana (em inglês é cleiodocranial dysplasia, não estou seguro da minha tradução tabajara). Essa é uma doença que causa atraso na junção dos ossos do crânio, deformação do quadril e das clavículas, engrossamento dos arcos superciliares (ossos da sobrancelha) e anomalias dentárias - algumas características de neandertais.

De acordo com os novos dados, a divisão entre a linhagem que deu origem aos humanos modernos e a linhagem que originou os neandertais se deu entre 270 e 440 mil anos atrás, na África - estimativa parecida com a de 500 mil anos a partir do DNA mitocondrial. E a conclusão mais divulgada, que é a de que houve cruzamento entre humanos e neandertais - provavelmente entre 50 e 80 mil anos atrás, ou seja, depois de populações de humanos saírem da África mas antes de se expandirem para a Ásia, Oceania, Américas, etc. A fração do genoma dos três indivíduos não-africanos de origem neandertal é entre 1 e 4%, mas esse material não parece ser seletivamente relevante.

A baixa porcentagem de DNA neandertal no genoma do humano moderno indica que o contato entre ambos foi limitado - que paleontólogos já suspeitavam ser o caso. Outra evidência da pouca ou limitada hibridização é o fato de que o genoma do europeu, do asiático e do austronésio possuírem a mesma distância genética do neandertal: se o contato foi comum, espera-se que o europeu seja mais parecido do que o asiático, por exemplo, dado que os europeus teriam ficado (ops!) com os neandertais enquanto outros grupos se expandiriam para o leste. Usando uma analogia, imagine que você e seu irmão vão para a Romênia (e não, não há skype nem wikipedia nessa analogia). Vocês passam um ano por lá, e você então decide ir para a China, mas seu irmão permanece na Romênia. Após uns dez anos eu diria que seu irmão deve estar falando romeno melhor que você... enquanto isso, a sua irmã que ficou no Brasil o tempo todo não faz a menor idéia de como falar romeno. Essa irmã da estorinha seriam os africanos analisados na pesquisa. E continuando a analogia, eu descubro que tanto você quanto seu irmão falam um pouquinho de romeno, e dominam o chinês. Eu posso então desconfiar que seu irmão também foi prá China com você, após um ano na Romênia. Porém, na pesquisa real ainda falta estudar mais etnias africanas para verificar se não há ancestralidade neandertal mesmo, pois a diversidade genética africana é muito grande.

Mesmo com toda essa tecnologia, clonar um neandertal está fora de cogitação: além do genoma do neandertal com muito maior qualidade, teríamos que saber as modificações químicas, arranjos cromossômicos no núcleo e no material materno; o processo de clonagem depende ou de duas células (uma com o núcleo e outra com o óvulo) ou então de células-tronco reprogramáveis, o que é quase impossível; levanta muitas questões éticas - neandertais devem ter o status de humano, e há vários assuntos mais urgentes como pesquisas clínicas.

Referências:
Gibbons, A. (2010). Close Encounters of the Prehistoric Kind Science, 328 (5979), 680-684 DOI: 10.1126/science.328.5979.680
Green, R., Krause, J., Briggs, A., Maricic, T., Stenzel, U., Kircher, M., Patterson, N., Li, H., Zhai, W., Fritz, M., Hansen, N., Durand, E., Malaspinas, A., Jensen, J., Marques-Bonet, T., Alkan, C., Prufer, K., Meyer, M., Burbano, H., Good, J., Schultz, R., Aximu-Petri, A., Butthof, A., Hober, B., Hoffner, B., Siegemund, M., Weihmann, A., Nusbaum, C., Lander, E., Russ, C., Novod, N., Affourtit, J., Egholm, M., Verna, C., Rudan, P., Brajkovic, D., Kucan, Z., Gusic, I., Doronichev, V., Golovanova, L., Lalueza-Fox, C., de la Rasilla, M., Fortea, J., Rosas, A., Schmitz, R., Johnson, P., Eichler, E., Falush, D., Birney, E., Mullikin, J., Slatkin, M., Nielsen, R., Kelso, J., Lachmann, M., Reich, D., & Paabo, S. (2010). A Draft Sequence of the Neandertal Genome Science, 328 (5979), 710-722 DOI: 10.1126/science.1188021

Para saber mais:
Neandertal Genome Analysis Consortium Tracks at UCSC
Science Daily
Carl Zimmer
Neandertais, há quatro anos e hoje (primeiro post da série)
Como capturar um neandertal (segundo post da série)

Crédito da Imagem: artigo da Science

sexta-feira, 14 de maio de 2010

Como capturar um neandertal

ResearchBlogging.orgDos dois artigos descrevendo o genoma do neandertal, um que me pareceu ter recebido menos atenção foi um em colaboração com o laboratório de Cold Spring Harbor. Nele os autores descrevem a técnica de captura por hibridização em microarray, que permite "filtrar" regiões do genoma de interesse. As regiões interessantes são seqüencias de DNA que codificam para proteínas, e especificamente regiões em que a proteína humana é distinta da de chimpanzés e orangotangos. Como vimos antes, pode-se fazer com que o microarray detecte ao mesmo tempo um número enorme de moléculas. Nesse estudo eles desenharam as moléculas para que se associem a regiões ao redor das substituições de DNA específicas de humanos, compondo no total quase 14 mil substituições. Essa técnica mostrou-se muito útil em uma amostra como a de neandertal, que apresentava contaminação de 99,8% (presença indesejável de DNA bacterial ou de humanos).

Eles então usaram esse microarray para capturar selectivamente o DNA genômico de um osso de 49 mil anos de neandertal, extraído da caverna de El Sidrón, na Espanha. Ou seja, eles se concentraram nos genes humanos que são distintos dos outros primatas, e através dessa captura puderam identificar se os equivalentes neandertais se pareciam mais aos outros primatas ou a humanos. Em 91,5% dos casos o osso neandertal apresentou a versão "humana" da substituição no gene, e em 8,5% o DNA neandertal se parecia mais ao de chimpanzé - para o grupo de genes estudados que passou nos testes de contaminação.

Porém mesmo dentro da população humana há diversidade (ainda bem!), e assim os pesquisadores utilizaram a mesma técnica em um conjunto de 50 genomas humanos extraídos do Painel de Diversidade Genômica Humana (uma base de dados de genomas contemporâneos, considerados importantes por sua diversidade e raridade). Para esse conjunto de indivíduos 87,8% das substituições estão fixadas - ou seja, não há diversidade dado que todos apresentam o mesmo estado - e o resto é polimórfico. Combinando os dois resultados, verificaram que há 88 substituições fixadas (compartilhadas por todos) nas populações modernas onde os neandertais apresentam a forma ancestral. Ou seja, essas 88 modificações - em 83 genes, pois há genes com mais que uma substituição - são mais recentes que a divisão entre o humano moderno e os neandertais e podem ser importantes evolutivamente. A cobertura média foi de 5 vezes para as seqüências de neandertal e de 10 vezes para o DNA humano, onde "cobertura" é o número de vezes que uma mesma base foi sequenciada, e é uma medida de qualidade por redundância.

Os autores ressaltam que há uma limitação no estudo devido à diversidade de amostras: um estudo preliminar do grupo comparando com o "genoma de referência" humano (uma "média" do que seria nosso genoma) apontava para um número muito maior de aminoácidos diferentes do que comparando com os 50 genomas individuais. Talvez se levarmos em conta toda a variabilidade genética dos humanos modernos o número de aminoácidos seja ainda menor que os 88. Mas vale a pena estudar com cuidado esses genes, e é o que farão a partir de agora.

Referência:
Burbano, H., Hodges, E., Green, R., Briggs, A., Krause, J., Meyer, M., Good, J., Maricic, T., Johnson, P., Xuan, Z., Rooks, M., Bhattacharjee, A., Brizuela, L., Albert, F., de la Rasilla, M., Fortea, J., Rosas, A., Lachmann, M., Hannon, G., & Paabo, S. (2010). Targeted Investigation of the Neandertal Genome by Array-Based Sequence Capture Science, 328 (5979), 723-725 DOI: 10.1126/science.1188046


Para saber mais:
Science Daily
Neandertais há quatro anos e hoje (post anterior)

Obs: In memoriam ao professor Javier Fortea, um dos responsáveis pelo projeto, que infelizmente não verá este fruto de seu trabalho.

segunda-feira, 10 de maio de 2010

Neandertais, há quatro anos e hoje

A descoberta científica da semana, sem dúvida, foi o sequenciamento do genoma do neandertal. Para mim, talvez seja a descoberta do ano (e olha que este ano temos muitas novidades). Não apenas temos o genoma (quase) completo de um animal extinto, mas também é o animal mais próximo ao humano moderno (o Homo sapiens sapiens). O "nome completo" do homem de Neandertal é Homo neanderthalensis ou Homo sapiens neanderthalensis, e já dá uma dica de quão próximo ele é de nós: sem entrar na discussão se fazem parte ou não da mesma espécie, o fato de haver cruzamento entre ambos e gerarem descendentes férteis (nós!) aponta para uma resposta positiva.

Aliás, essa foi a conclusão mais divulgada dessa pesquisa: humanos modernos não-africanos possuem entre 1 e 4% de ancestralidade neandertal, ou seja, entre 1 e 4% das partes variáveis do genoma de europeus, asiáticos e austronésios (os genomas usados na comparação) vieram do cruzamento entre Homo sapiens e Homo neanderthalensis. E por que digo "não-africanos"? Um "Guia Rápido sobre neandertais" escrito por Jean-Jacques Hublin and Svante Pääbo em 2006 nos ajuda a entender:
  • O homem de Neandertal é um humano arcaico extinto, descoberto em 1856 nas cavernas do Vale de Neander, na Alemanha (daí o nome). Desde então até hoje já foram descobertos mais de 400 fósseis classificados como neandertais, incluindo fósseis completos e de crianças. Eles eram musculosos, pesavam cerca de 80 quilos e se alimentavam de carne e gordura. Uma de suas características faciais marcantes são seus arcos superciliares grossos (os ossos sobre as sobrancelhas).
  • Os neandertais estavam a confinados à Europa isolados climática e geograficamente da África, mas se expandiram até o Oriente Próximo e Ásia Central. O humano moderno, que estava na África, começou a se expandir por volta de 80 mil anos atrás, onde provavelmente conviveram com os neandertais (ainda que em locais distintos, isolados um do outro) por 50 mil anos, quando os neandertais desapareceram. Desse convívio (ainda que distante), parece que os neandertais imitaram a cultura (como uso de ornamentos) e copiaram a tecnologia (fabricação de utensílios) dos humanos modernos. Por isso descarta-se a hipótese de um genocídio dos neandertais cometido pelos humanos modernos: a extinção dos neandertais pode ser atribuída à falta de organização social e linguagem.
  • Em 1997 os pesquisadores obtiveram DNA mitocondrial (de origem exclusivamente materna) daquele primeiro fóssil, descoberto em 1856. E esse DNA, juntamente com o de outros espécimes, era muito distinto do DNA de humanos modernos, e indicava que não havia fluxo gênico entre humanos modernos e neandertais, apesar do convívio. Esse DNA apontava para um ancestral comum entre os dois grupos há 500 mil anos atrás.
Ou seja, nem todos os humanos modernos participaram da migração para fora da África: as populações que migraram encontraram-se com neandertais - e ao contrário dos resultados de 1997, sabemos hoje que houve fluxo gênico sim; os que ficaram na África deram origem às populações africanas modernas. Outro detalhe interessante é que apesar do DNA mitocondrial não ter indícios de fluxo gênico, ele permitiu uma estimativa da época em que as linhagens divergiram muito próxima da estimativa atual, baseada no genoma. Espero comentar mais sobre esse trabalho em breve, afinal de contas agora é que começa a diversão.


neandertais e modernos anatomicamente corretos (extraído daqui)


Referência:
Hublin, J., & Pääbo, S. (2006). Neandertals Current Biology, 16 (4) DOI: 10.1016/j.cub.2006.02.009

Crédito da figura: Tom Rhodes

sexta-feira, 7 de maio de 2010

Testando a qualidade do leite com microarrays

Mesmo o gado de fazendas orgânicas está sujeito a doenças, e nesses casos antibióticos lhe são administrados. Como resíduos desses antibióticos podem passar ao leite, animais tratados não entram na cadeia de produção. Até agora os testes para se detectar a presença de antibióticos no leite eram baseado em meios de cultura (ou seja, testa-se a capacidade do leite de matar as bactérias), que é caro e laborioso. Cientistas alemães desenvolveram um método (acho que no Brasil chamam de "kit laboratorial", em inglês é "minilab") para detectar a presença de antibióticos no leite baseado em um microarray que pode ser usado várias vezes e leva apenas uns dez minutos.

"Microarray" quer dizer literalmente "micro-matriz", mas o termo no Brasil acabou virando "microarranjo", e é uma versão high-tech, em escala molecular do papel pega-mosca. O microarray é uma placa de vidro quadriculada, e cada quadradinho possui um tipo de molécula grudada no vidro em quantidade específica. No caso desse kit cada quadrado possui um antibiótico - muitas moléculas desse antibiótico, melhor dizendo - e, ao ser adicionado o leite que querem testar, adicionam também uma quantidade específica de anticorpos contra o antibiótico.

Assim, em cada quadrado temos o antibiótico da placa e do leite competindo pelos anticorpos. Se no leite não houver o antibiótico, todos os anticorpos se grudarão aos antibióticos da placa, e se no leite tiver muito do antibiótico a placa continuará limpinha pois todos os anticorpos se ligarão aos antibióticos do leite. Assim, depois de lavar a placa para retirar o leite, a quantidade de anticorpos restante no quadradinho indica o quanto do antibiótico em questão havia no leite (mesmo lavando, o anticorpo não sai). Os anticorpos brilham - como nos filmes policiais em que o sangue brilha quando sob uma luz azul - e assim a intensidade do brilho indica o quanto de cada antibiótico havia no leite.


Exemplo de microarray (essa é uma imagem já processada pelo computador, em que as cores dizem se a placa tem mais ou menos da molécula - anticorpo - que uma placa padrão)

Fonte: Science Daily e Eurekalert.

A ver

Se consigo escrever algo aqui...
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