Hoje em dia, com o advento da genômica, principalmente, é comum ouvir falar no poder dos genes em determinar todas as características de um indivíduo quer seja este planta, animal, vírus ou bactéria. Com o mapeamento e sequenciamento do genoma humano chega-se a afirmar, por exemplo, que, agora, saberemos tudo sobre a natureza humana — visão reducionista do poder do gene, por si só, na determinação do fenótipo individual. Sem dúvida que a constituição genética de um organismo é fundamental para a determinação das suas características, ou seja, do seu fenótipo; entretanto, não basta conhecer as partes isoladas de um sistema assim tão complexo para poder explicar como este realmente funciona. Faz-se necessário compreender as interações entre as suas partes e, entre estas e o ambiente na qual estão inseridas.

Sabe-se há muito que o gene não atua sozinho na formação do fenótipo, pois existe, também, um componente ambiental, ou melhor, uma interação do ambiente com o genótipo que leva à formação do fenótipo, ou seja, à formação de um indivíduo. Entenda-se por ambiente, todo o meio que envolve os genes e que atua sobre estes direta ou indiretamente. Pode ser o ambiente molecular, celular, ou organísmico, bem como, o ambiente externo ao indivíduo. Fatores aleatórios, independentes do ambiente e do genótipo, têm, também, a sua importância na expressão do fenótipo. O mesmo podemos dizer das interações entre genes, como a epistasia, e da ação conjunta de dois ou mais genes na determinação de uma única característica. A morfogênese, processo complexo e ainda pouco estudado, também vem fornecendo novos insights para a compreensão da complexidade fenotípica.
Vamos agora, olhar com mais atenção alguns desses fenômenos, para tentarmos compreender a magnitude de tal complexidade.

Normas de Reação
Um interessante fenômeno relacionado às interações entre genótipo e ambiente é a chamada norma de reação, variações no fenótipo individual em decorrência das diferenças ambientais as quais foi submetido determinado genótipo. Cada genótipo tem a sua própria norma de reação, ou seja, se expressa em diversos fenótipos, quando submetido a diferentes condições ambientais.
A figura abaixo mostra a norma de reação para três diferentes genótipos relacionados ao tamanho do olho (número de facetas ou “células” que compõe o olho composto) de Drosophila melanogaster, a mosca-das-frutas. O eixo horizontal do gráfico mostra a temperatura na qual as moscas se desenvolveram. O eixo vertical mostra a variação no tamanho do olho. Os três genótipos analisados foram: tipo-selvagem (populações naturais), ultrabar e infrabar (genótipos anormais para o tamanho do olho). As normas de reação ficam caracterizadas quando observamos que para o tipo-selvagem o tamanho do olho decresce, quando a temperatura aumenta, o mesmo acontecendo para as moscas de genótipo ultrabar (anormal), porém mais acentuadamente. As moscas infrabar, do contrário, tendem a aumentar o tamanho do olho com o aumento da temperatura. Assim as diferenças ambientais, no caso a variação da temperatura, as quais as moscas foram submetidas, interagiram com cada um dos três genótipos estudados de maneiras diferentes, levando a uma variação no fenótipo, no caso o tamanho do olho. É interessante notar que as retas das infrabar e ultrabar se cruzam numa determinada temperatura, o que significa que dois genótipos distintos podem resultar num mesmo fenótipo (número de facetas) dependendo do ambiente (temperatura).




Vê-se daí que a relação entre genótipo e fenótipo é complexa, e que as alterações nos fatores ambientais podem ser decisivas na expressão das características fenotípicas. Conclui-se daí que um mesmo genótipo pode resultar em fenótipos diversos, dependendo do ambiente; e, genótipos distintos podem resultar em um mesmo fenótipo, dependendo, também, do ambiente.

Ruído de desenvolvimento
Existe, também, outro fenômeno que leva a variação do fenótipo, porém é totalmente independente do ambiente, do genótipo e da interação destes. É um fenômeno aleatório denominado de "ruído do desenvolvimento", e que pode levar à mudanças consideráveis no fenótipo. No exemplo da Drosophila, vimos que uma mosca do tipo-selvagem, à temperatura de 16° C, apresenta em média 1000 facetas em cada olho. Todavia uma análise mais detalhada mostra uma variação entre os indivíduos estudados que vai de 980 à 1020 facetas em cada olho. Poderíamos tentar explicar essa variação por leves flutuações ambientais, ou pequenas diferenças no genótipo. Entretanto as variações ocorreram entre cada olho de uma mesma mosca: algumas apresentavam mais facetas no olho esquerdo do que no direito, enquanto outras apresentavam mais facetas no olho direito. Tais variações não são genéticas, pois o olho esquerdo e direito de uma mesma mosca têm a mesma constituição gênica. Também não são ambientais, pois todas as moscas se desenvolveram em ambientes iguais. De onde viriam tais variações?
Sabemos que muitas das variações relacionadas a forma e ao tamanho dependem parcialmente do processo de divisão celular que transforma o zigoto em um organismo multicelular. Tais divisões são sensíveis a eventos moleculares dentro da própria célula, os quais podem ter um componente aleatório relativamente grande. Esse tipo de variação aleatória pode ocorrer em vários caracteres fenotípicos como o número de pelos e os neurônios de um sistema nervoso central bem complexo. É bom lembrar que em Drosophila o ruído de desenvolvimento é a maior fonte de variações fenotípica observadas até agora..

Epistasia, Características Poligênicas e Pleiotropia
A complexidade da expressão do fenótipo é muito maior do que parece. Vimos acima, como as interações entre gene e ambiente, e como fatores aleatórios, podem direcionar a expressão dos genes em fenótipos variados. Devemos relevar também, outros fatores e processos, importantes para a expressão fenotípica. Assim, genes em um loco podem influenciar a ação de outros genes em outros locus, a chamada epistasia. Sabemos também que grande parte das características de um organismo são controladas pela ação de um ou mais genes, ou seja, são características poligênicas. Como exemplo podemos citar as mutações que ocorrem no loco white em Drosophila. Quando ocorrem tais mutações o precursor para o pigmento do olho, nesta espécie, não é formado; então, ocorre que, subseqüentemente, outros locos formam tais precursores suprindo aquela deficiência. De outra maneira, cada gene pode controlar mais de um caráter, fenômeno chamado de pleiotropia. Este é o caso do gene mutante acondroplasia no rato, que é incorporado em vários tecidos. Este gene pode afetar diversas funções, como a incapacidade de mamar, circulação pulmonar deficiente, oclusão dos dentes incisivos resultantes da formação anormal da cartilagem no início do desenvolvimento, e que é devido àquele gene mutante.

A Biologia do Desenvolvimento
Somando-se a todos esses fenômenos, podemos acrescentar os ainda pouco estudados mecanismos do desenvolvimento. Após a fecundação o ovo fertlilizado começa a sofrer os processos de citodiferenciação, — quando as céluas adquirem diferentes feições estruturais —, e morfogênese — formação tridimensional dos tecidos. Na morfogênese ocorre movimento e migração celular, adesão celular, controle localizado de divisão celular, interações entre tecidos e morte celular. Por exemplo, existem padrões de adesão específicos para cada célula, pelos quais células de um mesmo tipo aderem entre si de maneira mais eficiente, fenômeno que é importante para direcionar a forma dos tecidos. Outro fenômeno relacionado a biologia do desenvolvimento é a chamada indução, onde determinados grupos de células induzem outras células a adquirir as suas formas típicas. Este é o caso das células da notocorda que induzem a diferenciação do sistema nervoso central nos vertebrados. Sabemos também que grande parte da informação para se formar um embrião, informação esta que reside nos genes, é traduzida em estruturas que tem a sua própria informação, e que desenvolvem a suas atividades independente dos genes.

A arquitetura da célula, e a alteração desta arquitetura pela interação das forças de tensão e compressão, também vem fornecendo um novo entendimento de como as células podem ser dirigidas para programas genéticos diferentes. Assim, a mudança da geometria e da mecânica do citoesqueleto pode afetar as reações bioquímicas e mesmo alterar os genes que são ativados e, deste modo, as proteínas que são produzidas.

A importância de todos esses fenômenos e processos estão, de certa maneira, muito além do "simples" mapeamento e sequenciamento dos genes, e são de extrema importância para um melhor entendimento de como funciona a expressão de todas as características fenotípicas, até mesmo daquelas relacionadas às doenças.

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Respostas a este tópico

Oi, Carlos
Maravilha de texto! Corresponde bem ao que eu espero desta Comunidade, transmissão de conhecimentos e experiências. Como agora estou traumatizada com a saída de pessoas da Comunidade, que faz com que toda a contribuição por elas trazida seja perdida, tratei de salvá-lo. Vou acrescentar a ele dois "pitacos" (nao é minha área de formação específica, mas, como me interesso por linguagem, estudo um pouco de neurociência, na medida do meu possível, e leio sobre Genética, tentando avaliar propostas inatistas sobre a linguagem). Pitaco 1 (informação tirada do Edelman): por causa dos fatores acidentais que ocorrem durante o desenvolvimento pré-natal, nem 2 gêmios idênticos -- com genótipos iguais, portanto -- têm a mesma estrutura cerebral detalhada. O pitaco 2 é um relato: li uma matéria (acho que no Globo On Line) sobre um pretenso gene para a inteligência, que faria os bebês alimentados ao peito serem mais inteligentes que os outros. Aí li os detalhes da matéria: o que o gene faz é ativar uma proteína que age como enzima que faz com que uma dada proteína que há no leite por sua vez aja faça com que outra proteína que interfere na produção de gorduras seja mais ativa; isso, por sua vez, se ocorre na época da mielinização do cérebro, facilita essa mielinização; e neurônios bem mielinizados têm mais facilidade de formar sinapses, o que está correlacionado com inteligência... Chamar tal gene de "gene para a inteligência" é muito enganador, nao nao é mesmo?
Um abraço
Anarquista Lúcida
Analú,

Muito obrigado pelo comentário. Que bom que você gostou. Escrevi esse texto para o site de biologia que construí anos atrás. Gostei muito dos seus pitacos. Os gêmeos, mesmo aqueles oriundos de mesmo óvulo, nunca são iguais e uma das causas é, mesmo, esse fator aleatório. Ainda mais quanto ao desenvolvimento estrutural do cérebro com toda aquela complexidade. Sempre haverá diferenças, por menores que elas sejam. O do gene da inteligência que saiu na matéria do globo online é fruto da visão reducionista que ainda prevalece nas pesquisas da genômica. É um exagero típico do jornalismo científico desses grandes jornais tipo Folha, Globo e etc.

Abraços,

Carlos
Carlos
Como leigo, ainda mais num assunto tão complexo como a Genética, desde que li a respeito do mapeamento do Genoma Humano (se é assim que se diz !!!) venho-me certas indagações a respeito.
Quando estudava biologia, sempre ouvia dizer que esta era extremamente dinâmica e que os estudos a respeito eram eternos e jamais conclusivos, dado seu desenvolvimento e evolução contínuos.
É possivel já se afirmar, que o "poder" dos genes estudados na atualidade só são válidos, para o ser humano de hoje e que devido a evolução, há possibilidade de parte nem haverem existido ou terem tido outras funções no passado ?
Ou ainda, que devem haver genes que nem função têem, já que não "atuam" mais, tal qual o apêndice ( não sei os últimos estudos a respeito, mas até onde estudei, ele não tinha "nenhuma função" conhecida)
E quanto ao ser humano do futuro, pode ser válida a mesma premissa ?
Gabriel,

Antes de mais nada, obrigado pelo seu comentário. O assunto é bem complexo. O artigo que escrevi talvez seja técnico demais. Mas a minha intenção foi mostrar ao público que não está muito familiarizado com o tema, que o gene não atua sozinho na determinação das características individuais, como tentaram passar os proponentes mais ardorosos da genômica.

É difícil dizer se todos os genes que foram mapeados hoje sempre estiveram presentes no genôma humano. Mutações sempre ocorrem. Por outro lado existem genes que são comuns (com a mesma função) para humanos e para insetos, como aqueles que determinam a formação do olho, portanto supõe-se que sejam muito antigos. Quanto a sua outra questão existem segmentos de DNA, que, aparentementre, não codificam nenhuma proteína. No caso do apêndice, o gene que "determina" esse órgão existe, apesar do órgão não ter função aparente. Fazer qualquer tentativa de previsão sobre como será o ser humano no futuro é coisa de ficção. Não dá pra saber se, "no futuro", o ser humano vai desenvolver novas características, ou se vai continuar do jeito que está. A evolução deve ser vista como um mecanismo que gera diversificação, e não uma mera transformação. Talvez surja uma população humana com algum tipo de mutação que seja beneficiada por condições ambientais específicas. Se essa população se isolar, não havendo troca de material genético com as demais populações humanas ancestrais, poderá surgir daí o "embrião" de uma nova espécie. Mas não existe nenhuma certeza quanto a isso, ou seja, de que a partir da nossa espécie surja uma nova. A espécie humana poderá continuar do jeito que está, por milhares ou milhões de anos. Hoje existem espécies animais que são do mesmo jeito há milhões e milhões de anos.

É isso.

Um grande abraço,

Carlos
Carlos
Realmente, eu mesmo nunca pensei que pudesse haver uma "associação" de genes para uma determinada função, imaginava mais uma interligação.
Particularmente noto que vivemos na atualidade em um meio ambiente com muitas transformações e com possibilidades de influência externa nos organismos vivos, seja pelo aumento da poluição, mudanças climáticas e/ou toda "química" que ingerimos ou aspiramos. Certamente mutações não tardarão a acontecer com mais frequência.

Sobre a genética.
Agora com as pesquisas de "célula tronco" é possível que o assunto seja mais "popularizado", porém da maneira que a mídia informa, é possível que muitos continuem sem entender, fato que constato em meu circulo de amizades.
Eu, com o pouco conhecimento que tenho sobre células, fiquei horrorizado com o despreparo dos ministros do STF para julgarem a proibição ou continuidade das pesquisas, imagino que voce como conhecedor também tenha se indignado muito, ainda mais com pessoas tecendo comentários sobre algo que demonstravam ter total desconhecimento.
Quanto a igreja então, não conseguimos imaginar nem porque agem assim ou qual suas reais intenções.

Carlos, como voce se mostrou disposto a responder algumas indagações, há um outro fato que também gostaria que elucidasse.
Até onde sei, o cancer é basicamete um descontrole na divisão celular, com o tratamento por células tronco, as possibilidades de se desenvolver canceres não é aumentada, uma vez que é estimulado esta divisão com células não originárias do mesmo organismo ?

Grato
Uma abraço
Gabriel.
Gabriel,

Mesmo sendo as células originárias de organismo diferente isso não descarta a possibilidade de levar ao câncer; talvez, por esse mesmo motivo, seja um fator agravante. Mas, não é por isso que devemos abandonar as pesquisas nessa área. É um campo muito promissor no que tange a aplicação prática dos possíveis benefícios que poderão trazer para o combate de diversas doenças. Estamos apenas no começo de uma longa jornada; erros e acertos fazem parte de todo e qualquer tipo de projeto de pesquisa, e aqui não será diferente

Um abraço,

Carlos

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