Sonhamos viver para sempre. Esperamos poder clonar seu animal de estimação favorito, como aconteceu com a ovelha Dolly. Queremos passear pelo "Jurassic Park", ver dinossauros e mamutes, ver o extinto moa, dodo e outras criaturas.
Beth Shapiro, professora do Departamento de Ecologia e Biologia Evolutiva da Universidade de Santa Cruz, na Califórnia, conta a fascinante história da ciência moderna da recreação de espécies.
Assim que qualquer organismo morre, seu DNA começa imediatamente a colapsar sob a influência de radiação ultravioleta e bactérias, para que você não possa pegar uma célula e clonar um animal extinto. Os pesquisadores precisam lidar com uma tarefa difícil - eles estão tentando montar um quebra-cabeça no qual algumas partes do DNA são perdidas.
Vamos descobrir se precisamos reviver as espécies extintas (Beth Shapiro tem certeza de que vale a pena), que dificuldades nos esperam ao longo do caminho e o que isso pode levar.
Trecho
CRIANDO CLONES
Quando você trabalha na tundra, ninguém se importa com o fato de você cantar falsamente em voz alta, passeando ao longo de um rio sinuoso. Ninguém ri das cinco camadas de roupa usadas em você e não tira sarro da variedade de redes que você enredou em sua última tentativa condenada de manter os mosquitos fora do seu corpo. Ninguém conduz o ouvido quando seu experiente helicóptero Mi-8 faz um pouso inesperado no meio da tundra da Sibéria, a fim de pegar um casal de língua francesa com uma criança de cinco anos e uma grande geladeira vermelha.
Aprendi tudo isso no verão de 2008, durante o que lembro com carinho como a minha temporada de caça aos ossos mais estranha e menos bem-sucedida. Naquele verão, passamos várias semanas em um pequeno acampamento cercado por lagos na tundra da planície da península de Taimyr. Caçamos mamutes.
A expedição a Taimyr foi liderada por Bernard Buig, um explorador experiente e de um modo excêntrico do Ártico, e não havia razão para acreditar que fracassássemos. Durante décadas, Bernard liderou a empresa Cerpolex (da francesa CERcles POLaires EXpédition) e liderou expedições terrestres na Sibéria e no Polo Norte. Essas expedições começaram em sua base bem equipada em Khatanga, uma pequena cidade russa no rio Khatanga, no território de Krasnoyarsk. No início dos anos 2000, Bernard mudou para expedições de natureza mais científica e fundou a organização Mammuthus (latim "mamute") sob Zerpolex, cujo objetivo declarado era explorar e glorificar o Ártico e seus muitos tesouros. No entanto, como o nome dessa organização sugere, o foco de sua atenção especial foi a busca pelos restos mumificados de mamutes e a promoção de suas pesquisas. A formação de Mammuthus foi um passo empreendedor ou simplesmente muito oportuno, pois desde o início deste século as múmias de mamutes e outros gigantes antigos da era glacial começaram a ser surpreendentemente encontradas no permafrost da Sibéria.
Tendo se encontrado com Bernard, era impossível não ter certeza de suas qualidades de liderança e do sucesso da expedição. Em 2008, Bernard tinha dezenas de anos de experiência trabalhando na tundra siberiana. Ele tinha energia e entusiasmo inesgotáveis, conhecia bem as dificuldades da logística ao trabalhar na Sibéria (e sabia como contornar essas dificuldades) e também possuía uma grande coleção de jaquetas quentes. Mais importante ainda, ele colaborou com a população local por um longo tempo, e isso de alguma forma explica por que ele foi tantas vezes o primeiro a obter acesso às múmias de mamutes recentemente descobertas. Tudo indicava que a expedição deveria ter sucesso.
Nossa aventura começou na casa siberiana de Bernard em Khatanga. Khatanga é um lugar incomum. Este é um dos pontos mais setentrionais do mundo onde as pessoas vivem. Embora a população da cidade seja inferior a 3,5 mil pessoas, existe um aeroporto, um hotel e um museu de natureza e etnografia, repletos de exposições relacionadas às pessoas que moram nesta área e sua história. Khatanga também tem vários restaurantes que servem carne de animal local temperada com endro e várias pequenas lojas que vendem cenouras com sinais de congelamento por US $ 8, metralhadoras semi-automáticas e uma variedade sofisticada de chiclete com sabor. Estradas e margens de rios estão repletas de mecanismos desconhecidos, alguns dos quais ainda podem estar funcionando. As pessoas vivem em qualquer lugar - em pequenas cabanas de madeira, em grandes prédios de apartamentos e até em contêineres de transporte - aqueles usados em navios porta-contêineres para transportar mercadorias pelo oceano. Até a casa de Bernard consistia parcialmente em contêineres de transporte conectados entre si e, presumivelmente, bem isolados do ambiente. No final, a cidade está localizada a 71 graus de latitude norte, e os invernos em Khatanga são escuros e frios, com uma temperatura média mensal mínima de -35 ° C e uma completa ausência de luz solar por muitos dias em dezembro e janeiro. É verdade que estávamos lá de julho a agosto, e a temperatura do ar flutuou dentro de uma faixa aceitável de 5 a 15 ° C, e o sol brilhou o tempo todo. É claro que vários mosquitos circulavam, estragando o resto da atmosfera maravilhosa. Mais precisamente, várias centenas de mosquitos.
Por centímetro cúbico de ar.
Bernard, sua esposa Sylvia e seu sobrinho de vinte anos, Pete, vários russos trabalhando para Bernard, uma diretora francesa e seu namorado, além de toda uma coleção de cientistas com uma grande variedade de interesses em relação aos animais da era do gelo participaram de nossa expedição. O cientista mais velho do nosso grupo foi Dan Fisher, um especialista em mamutes e professor da Universidade de Michigan. Dan é um especialista mundial em seu campo: examinando os padrões de crescimento de presas de mamute, ele pode determinar sexo, história reprodutiva, estilo de vida e até a causa da morte de animais. Dan também mede a quantidade de isótopos estáveis de elementos químicos, carbono e nitrogênio, acumulados na presa de mamute à medida que cresce. Esses isótopos formam um registro quase contínuo de mudanças na dieta do mamute e em seu ambiente. Adam Rountry e David Fox, anteriormente treinados com Dan, também trabalharam conosco. Finalmente, havia dois pesquisadores de DNA entre nós: eu e Ian Barnes, que na época lecionava no Royal Holloway College da Universidade de Londres, mas eu o conheci na época em que trabalhava em minha dissertação na Universidade de Oxford.
Dan, David e Adam sonhavam em encontrar presas, enquanto Ian e eu esperávamos por ossos de mamute. As presas são mais adequadas para a análise isotópica, mas contêm muito pouco DNA. Ian e eu também estávamos interessados em todos os animais que viveram em Taimyr durante os períodos de glaciação, então não estávamos estritamente focados na coleta de ossos de mamute.
Por razões que continuaram sendo um mistério para mim, e apesar das promessas feitas a Bernard antes de chegarmos a Khatanga, tivemos que esperar uma semana inteira pelo helicóptero. Nós nos instalamos temporariamente em Bernard e, para ganhar tempo, começamos a estudar Khatanga. Experimentamos muitas jaquetas quentes e redes mosquiteiras. Andamos pelas ruas, provocando cães locais e tentando desvendar o propósito de vários mecanismos. Montamos armadilhas para insetos e determinamos os tipos daqueles que chegaram lá. Fizemos vários furos na coleção Bernard para nossa equipe de filmagem e para o benefício de futuros projetos de pesquisa. Enquanto esperávamos, Bernard organizou e se envolveu em reuniões após o outro com seu grupo de cientistas e especialistas em logística russos. Essas reuniões eram vívidas e empolgantes: mapas gigantes não cabiam nas mesas, conversas se tornavam um tom elevado, eram realizadas reconciliações com documentos científicos antigos que descreviam os limites geográficos de glaciações passadas, vodka derramada em copos e um plano para uma futura excursão.
Finalmente, o helicóptero chegou e estava na hora de voar para o campo. Coletamos comida, combustível e outras coisas e dirigimos da casa de Bernard diretamente para o aeroporto. Passamos pelo controle de segurança até a pista e nos encontramos cara a cara com o nosso próximo veículo: o amado helicóptero Mi-8. Cerca de um quarto do espaço já estava ocupado por dois enormes cilindros de gás. Passando pelos cilindros, jogamos dentro de nossos equipamentos de acampamento, câmeras e equipamentos de iluminação para filmar, dois grandes barcos infláveis e dois motores externos com capacidade de 250 cavalos de potência cada, suprimentos de arroz e alimentos liofilizados desconhecidos, suficientes para alimentar vinte pessoas por seis semanas , uma vasilha gigante de gasolina para cozinhar e vodka em quantidade suficiente para sentir felicidade por pelo menos um dia. Cerca de um terço das janelas estava faltando no helicóptero Mi-8, presumivelmente facilitando o fumo a bordo.
Depois de carregar todas as nossas coisas, subimos para dentro e nos acomodamos em bancos sob as janelas, bem como em cima de objetos e cilindros de gás. O último a embarcar foi Pasha, o cachorro de nossa cozinheira, um husky siberiano de um ano de idade. Pasha expressou sua preocupação em participar de nossa expedição, tentando se fundir com a cobertura da pista sob a rampa. Compartilhei as dúvidas de Pashin sobre o que é melhor: ser engolido pela pista ou voar para o céu no Mi-8. Quando ficou claro que a tira não queria absorver Pasha, ele fugiu. O cozinheiro e um dos pilotos saíram, fumaram vários cigarros, pegaram Pasha, pegaram-no no meio da rampa, de alguma forma conseguiram sentir sua falta, pegaram-no novamente, o pacificaram o suficiente para arrastá-lo até o fim da rampa e trazê-lo pela porta. e finalmente nos instalamos no cockpit. Às exclamações alegres e ao uivo desesperado de Paxá, decolamos e voamos em direção à tundra.
Transferência nuclear somática
Se tantos ossos já foram acumulados em coleções em todo o mundo, por que precisamos sair em campo para encontrar mais? Por que lidar com helicópteros quebrados, minas de ouro, 24 horas de luz do dia e nuvens de mosquitos? A resposta é simples: os melhores ossos são aqueles que vieram até nós diretamente da tundra gelada. Queremos encontrar ossos que nunca derreteram. Eles contêm as células melhor preservadas com o DNA melhor preservado.
Não somos o único grupo de cientistas que passa o verão no Ártico em busca de restos de animais da era do gelo ou que ficam em campos de ouro, mas tenho o prazer de pensar que temos a abordagem mais sensata para os negócios. Por exemplo, sabemos que não estamos procurando células que possam ser clonadas. Tudo o que os cientistas sabem sobre a clonagem de animais usando células somáticas (isto é, não são espermatozóides nem óvulos) sugere que a clonagem funcionará apenas se a célula contiver um genoma intacto. Nenhuma dessas células foi encontrada nos restos de animais extintos encontrados no gelo da tundra.
A destruição do DNA começa imediatamente após a morte do corpo. As células vegetais e animais contêm enzimas cuja tarefa é quebrar as ligações dentro da molécula de DNA. Essas enzimas, chamadas nucleases, são encontradas nas células, no líquido lacrimal, na saliva, no suor e até nas pontas dos dedos. Enquanto vivemos, as nucleases são críticas para nós. Eles destroem micróbios patogênicos que entram em nossos corpos antes que eles causem algum dano. Eles reparam o DNA danificado, permitindo que nossas células reparem o que foi quebrado. E após a morte de nossas células, as nucleases destroem seu DNA, tornando mais fácil para nosso corpo se livrar delas. Em outras palavras, as nucleases evoluíram de maneira a permanecerem ativas após a morte da célula, e isso é uma má notícia para quem quer clonar um mamute.
No laboratório, não permitimos que as nucleases destruam o DNA que estamos tentando isolar, imergindo uma amostra nova em uma solução de inibidores químicos ou submetendo-a a congelamento rápido. O Ártico é um local frio, mas não frio o suficiente para congelar algo (especialmente do tamanho de um mamute) rápido o suficiente para proteger o DNA da decomposição. Além disso, as nucleases são produzidas por todos os organismos vivos, incluindo bactérias e fungos, que colonizam os corpos em decomposição dos animais mortos. Portanto, a chance de o genoma de qualquer célula permanecer completamente intacta por um longo tempo após a morte é pequena. Sem um genoma intacto, a clonagem de mamutes não funcionará. Mais precisamente, não será possível clonar um mamute por transferência nuclear somática.
A transferência nuclear somática é um nome monótono, mas bastante apropriado para o processo, graças ao qual temos, em particular, o clone mais famoso - a ovelha Dolly (Fig. 8). Dolly foi clonada por cientistas do Instituto Roslyn, na Escócia, em 1996. Os cientistas removeram o núcleo, a parte da célula que contém o genoma, de uma célula da glândula mamária retirada de uma ovelha adulta, e colocaram esse núcleo no ovo preparado de outra ovelha adulta. Então, esse óvulo se desenvolveu no útero de outra fêmea adulta e se transformou em um indivíduo completamente saudável. É importante notar que as ovelhas clonadas por transferência nuclear eram geneticamente idênticas ao animal que se tornou o doador da célula da glândula mamária e não tinham nada a ver com sua mãe substituta ou com as ovelhas das quais o ovo foi retirado.
Para entender os meandros desse processo, você precisa aprender algo sobre células. Nossos corpos (e os corpos de outros organismos vivos) são compostos de três tipos básicos de células: tronco, genital e somático. Somático - acima de tudo, inclui células da pele, células musculares, células cardíacas, etc. As células somáticas têm um conjunto diplóide de cromossomos, o que significa que elas contêm duas cópias de cada cromossomo - uma da mãe e outra do pai. As células somáticas também têm uma especialização - podem ser células cerebrais, sanguíneas ou mamárias, semelhantes às usadas para criar Dolly. Outra categoria de células são as células germinativas primárias (gonócitos), das quais os gametas são formados - espermatozóides e óvulos. Os gametas têm um conjunto haplóide de cromossomos, ou seja, eles contêm apenas uma cópia de cada cromossomo. Com a reprodução sexual normal, dois gametas haplóides se fundem no momento da fertilização, formando um zigoto diplóide, a partir do qual o embrião se desenvolve.
Na transferência nuclear, o estágio de fertilização e fusão de gametas é omitido. Em vez disso, ocorre um processo chamado enucleação, durante o qual o genoma do ovo haplóide é removido. Em seguida, o núcleo diplóide da célula somática (no caso de Dolly, células mamárias) é colocado em seu lugar.
Sob reprodução sexual normal de mamíferos, o zigoto formado durante a fertilização contém células que não têm nenhuma especialização. Essas células não especializadas pertencem à terceira categoria e são chamadas células-tronco. As células-tronco que compõem o zigoto em um estágio inicial de seu desenvolvimento são chamadas totipotentes, porque podem se transformar em células de qualquer tipo e, portanto, podem dar origem a todo um organismo vivo. Com o desenvolvimento do embrião, as células se multiplicam e começam a se diferenciar, ou seja, desempenham funções mais especializadas no corpo. Em um dos estágios iniciais do desenvolvimento embrionário, as células-tronco totipotentes perdem a capacidade de se transformar em células de qualquer tipo, mas ainda não possuem uma clara especialização. Agora, essas células são chamadas de pluripotentes. As células-tronco pluripotentes dos mamíferos, por exemplo, podem ser transformadas em células de qualquer tipo, exceto na placenta.
As células-tronco pluripotentes são de particular interesse para a ciência, pois podem ser usadas para tratar pessoas. Quando as células-tronco se dividem, elas produzem outras células-tronco ou células somáticas especializadas. Isso significa que eles são potencialmente capazes de substituir células doentes ou danificadas. As células-tronco podem ser encontradas não apenas no embrião em desenvolvimento, mas também em todos os tecidos do corpo adulto. As células-tronco adultas tendem a ser mais especializadas que as embrionárias, mas, apesar disso, são críticas para reparar os tecidos danificados e renová-los. Para fins médicos, as células-tronco adultas são frequentemente coletadas. Por exemplo, as células-tronco hematopoiéticas podem se transformar em vários tipos de células sanguíneas e são usadas no tratamento de doenças do sangue, incluindo leucemia.
Vamos voltar à clonagem de transferência nuclear. As células somáticas, diferentemente das células-tronco, são altamente especializadas. Eles não podem se transformar em diferentes tipos de células, pois representam o ponto final do processo de diferenciação. As células somáticas têm uma função específica e seus mecanismos celulares são adaptados à qualidade desse trabalho. Em uma célula somática retirada da glândula mamária de uma ovelha, apenas as proteínas que ela precisa expressar para cumprir a função de uma célula mamária são expressas e, portanto, apenas os genes que codificam essas proteínas são incluídos nela.
Para que uma célula somática possa se transformar em um organismo vivo inteiro, ela deve "esquecer" tudo sobre sua especialização e ser diferenciada. Ele deve se transformar novamente em uma célula-tronco embrionária.
Embora Dolly seja indiscutivelmente o animal mais conhecido nascido de transferência nuclear somática, ela não foi o primeiro clone criado dessa maneira. Nas décadas de 50 e 60 do século XX, John Gerdon, da Universidade de Oxford, provou que os ovos de sapos se desenvolvem em sapos, mesmo depois que os núcleos dessas células foram removidos e substituídos por núcleos somáticos. Embora naquela época o mecanismo desse fenômeno não fosse bem compreendido, a observação principal de Gerdon foi que o ovo de alguma forma inicia o processo de desdiferenciação da célula somática - e o último "esquece" que tipo de célula era antes. Em 2012, Gerdon recebeu o Prêmio Nobel por essa descoberta, juntamente com Xinya Yamanaka, da Universidade de Kyoto.
Yamanaka mais tarde descobriu que a mesma pluripotência (desdiferenciação de células somáticas) pode ser alcançada in vitro, ou seja, em uma cultura de tecidos em condições de laboratório, adicionando à célula um conjunto de fatores de transcrição, que são proteínas que se ligam a seções específicas do DNA e controlam quais genes devem ser obtidos. ligar e quando. Tais células são chamadas células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC).A transferência nuclear é usada para clonar ovelhas, vacas, cabras, veados, gatos, cães, sapos, furões, cavalos, coelhos, porcos e muitos outros animais. A clonagem de animais com propriedades específicas desejadas também está ganhando popularidade. Serviços comerciais para clonagem de animais de estimação e criação de filhotes clonados de cavalos campeões são amplamente divulgados na Internet. Os primeiros resultados já são visíveis: no final de 2013, o cavalo Shaw Mi, de seis anos de idade, um clone da égua Sage, que se apresentou em polo equestre, tornou-se o campeão da Triple Crown na Argentina, possivelmente inaugurando uma nova era na criação de animais para shows e esportes.No entanto, a clonagem por transferência nuclear tem uma baixa eficiência. Dolly foi o único embrião de 277 criado no Instituto Roslyn, que viveu para ver seu nascimento. Uma égua chamada Prometeu, o primeiro cavalo clonado a nascer, foi o único embrião de 841 que se transformou em um indivíduo de pleno direito. Snuppi, um macho galgo afegão, clonado pelo cientista coreano Hwan U Sok, era um dos dois filhotes nascidos depois que 1095 embriões foram implantados por 123 mães de aluguel diferentes, e o único a viver mais de algumas semanas. Em todos esses casos, os cientistas tiveram acesso a um número potencialmente infinito de células somáticas retiradas de animais vivos.Mamutes vivos não existem.»Mais informações sobre o livro podem ser encontradas no
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