Se os gêmeos herdarem o mesmo conjunto de genes, como eles podem ser tão diferentes? A.B./Photonica/Getty Images p A menos que você tenha um irmão idêntico ou conheça um par, há uma boa chance de que seu conhecimento sobre gêmeos seja parcialmente baseado em ficção. Eles estão por toda parte no sub, polpa e cultura popular, e é difícil culpar os artistas por arrastá-los para o quadro. Afinal, para uma espécie obcecada por identidade, Existe um enigma mais torturante do que olhar através de uma mesa para uma duplicata física de você mesmo?
p Se você já viu alguns retratos fictícios de gêmeos, você provavelmente notou que a apresentação tende a se inclinar para um ou outro extremo. Ou os gêmeos são assustadoramente parecidos (como as garotinhas em "The Shining") ou notavelmente diferentes (como os ginecologistas gêmeos dominantes e submissos em "Dead Ringers"). Quando dois seres humanos são tão semelhantes, as coisas que os tornam diferentes são tão desconcertantes quanto aquelas que os tornam semelhantes.
p O DNA desempenha um papel central nas concepções modernas de identidade, mas conforme nossa compreensão da ciência genética melhora, o mesmo acontece com nossa compreensão do que nos torna quem somos. Os humanos há muito se engajam em um debate sobre natureza versus criação, um dilema com tons de destino versus livre arbítrio. Você é a pessoa que é porque nasceu assim ou por causa do mundo em que foi criado? p Obviamente, se um gêmeo idêntico crescer nas favelas do castelo e o outro crescer no palácio do rei, eles podem se transformar em pessoas bastante diferentes, não importa o quão semelhantes sejam seus genes. O campo de epigenética adiciona novo combustível a este problema, esclarecendo como o meio ambiente, nutrição e condições sociais afetam como os genes são expressos. A gêmea do palácio foi criada por uma madrasta abusiva? O gêmeo da favela teve que enfrentar uma casa cheia de fumaça de cachimbo? Um comeu mingau enquanto o outro se deliciou com sobremesas gordurosas? Esses fatores podem causar mudanças epigenéticas que alteram a forma como os genes de cada gêmeo são expressos. Mesmo uma diferença na dieta poderia colocar um dos gêmeos em risco de câncer e deixar o outro livre. p Neste artigo, vamos examinar como funciona este fascinante campo da genética, como as mudanças epigenéticas afetam nossas vidas e o que o futuro pode trazer.
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O DNA pode fornecer um plano genético para você, mas vários fatores afetam como esse plano será expresso. 3D4Medical.com/3D4Medical.com/Getty Images p Você já jogou um videogame de simulador de vôo? O jogo pode ter oferecido várias configurações de realismo que permitem aos jogadores escolher o quão "real" sua experiência de jogo será. Muitas vezes, você pode ligar e desligar as colisões no ar, ou decidir se você pode ficar sem munição ou gás. As configurações padrão podem ficar em algum lugar entre simulador puro e arcade shoot-'em-up, mas o jogo tem potencial para ser mais realista, dependendo se você ativar as opções apropriadas.
p Acontece que nossos genes funcionam de maneira muito semelhante. Se nosso material genético acumulado (ou genoma) serve como nosso programa, nossa experiência de jogo é nosso fenótipo , características observáveis de um organismo. Uma série de fatores, por sua vez, causa os processos epigenéticos que ativam e desativam diferentes genes.
p Os cientistas cunharam o termo "epigenético" (que literalmente significa "acima do genoma") na década de 1940 como uma forma de classificar as mudanças que ocorreram entre o genoma e o fenótipo. Por exemplo, por que apenas um gêmeo idêntico desenvolveria câncer e não ambos? Em uma busca para entender o que estava acontecendo, os cientistas examinaram mais de perto a relação entre o DNA e o desenvolvimento celular. p O DNA reside dentro do núcleo de uma célula, um programa mestre no centro de cada peça minuciosa que nos torna quem somos. Enzimas anexam feixes de carbono e hidrogênio (CH 3 ) chamado grupos metil para o DNA, frequentemente perto do início de um gene - o mesmo lugar onde as proteínas se ligam para ativar o gene. Se a proteína não pode se ligar devido a um grupo metil bloqueador, então o gene geralmente permanece desligado. Os cientistas chamam este processo epigenético particular metilação . A disposição desses pacotes pode mudar drasticamente ao longo da vida, mas também pode definir permanentemente durante o desenvolvimento do embrião. Tudo depende dos vários fatores que podem afetar a distribuição dos grupos metil. p Embora os cientistas epigenéticos tenham dedicado a maior parte de suas pesquisas à metilação, eles identificaram muitos tipos diferentes de processos epigenéticos. Modificação da cromatina figura fortemente entre esses processos. Dentro do núcleo, Bobinas de DNA em torno de feixes de histona proteínas para formar cromatina , que por sua vez forma cromossomos. Altere a estrutura da cromatina e você alterará a expressão do gene. Vários grupos químicos alcançam esse objetivo se ligando às histonas. p Como tudo isso influencia o debate natureza versus criação? Descubra na próxima página. Recapitule o DNA
Você está um pouco confuso com a pesquisa genética? Vamos dividir tudo para você em Como funciona o DNA e como funcionam as células.
Somos escravos de nossos genes que recebemos de nossos pais, ou podemos nos libertar com a mudança epigenética? Hauke Dressler / LOOK / Getty Images p É o intervalo no playoff big nature versus nurture. Vamos ver a pontuação. O fato de nos basearmos em grande parte nos genes que herdamos de nossos pais é certamente um ponto da natureza, mas o fato de que nossa vida cotidiana pode influenciar mudanças epigenéticas certamente coloca alguém no conselho para ser nutrido. Interessantemente, o próximo pequeno fato não desfaz o empate - marca um ponto para ambos os lados. Com base no que sabemos agora, parece que pelo menos algumas alterações epigenéticas são hereditárias.
p Volte à analogia do videogame por um momento. Seus pais não passam apenas o programa central para você, mas algumas das configurações reais do jogo que eles usaram. Algumas modificações da cromatina são transferidas para DNA e proteínas recém-sintetizados. Como você pode imaginar, a perspectiva de mudanças epigenéticas herdadas está tendo um grande impacto em nossa compreensão da evolução. Os cientistas até reavaliaram teorias que haviam desacreditado anteriormente, como as do cientista do século 18 Jean-Baptiste Lamarck. Embora as descobertas recentes não apoiem completamente a teoria de Lamarck de que o pescoço das girafas se alonga ao longo de gerações para buscar comida, algumas das evidências são certamente lamarckianas.
p Veja a pulga d'água, por exemplo. Em um ambiente pesado de predador, as criaturas se desenvolvem grandes, espinhos defensivos - uma característica que sua prole também desenvolve, mesmo se criado em um ambiente livre de predadores. Este processo é chamado herança epigenética transgeracional . Os humanos podem não ter que lutar contra o crescimento da coluna defensiva porque o pai se sentiu ameaçado, mas estudos têm mostrado que vários comportamentos e condições de saúde são devidos a mudanças epigenéticas herdadas. p Mudanças epigenéticas também permitem células-tronco para se desenvolver em células especializadas, como os encontrados no cérebro. Embora os organismos dependam deste processo vital, mudanças epigenéticas também contribuem para doenças. Em alguns casos, o gene ou genes ativados são aqueles associados a doenças debilitantes, tal como Síndrome de Angelman . Em outros casos, mudanças epigenéticas desligam um gene realmente importante. Para usar o exemplo do videogame novamente, há uma certa gama de configurações que funcionam bem para um organismo, mas ativar poucas ou muitas opções pode levar a uma experiência de jogo muito insatisfatória. Os cientistas até mesmo pensam que diminui e aumenta metilação (feixes químicos que as enzimas se ligam ao DNA) podem causar câncer, ativando muitos genes promotores de crescimento ou desativando genes supressores de tumor. p Que tipos de fatores alteram essas chaves epigenéticas? Descubra na próxima página.
Quanto está em jogo em suas escolhas alimentares? Talvez mais do que você pensa, dados os fatores nutricionais envolvidos na mudança epigenética. Influx Productions / The Image Bank / Getty Images p Quanto mais você olha para a epigenética, mais parece que nossas vidas são pouco mais do que uma lista de verificação de vários genes que podem ser ativados ou desativados. Não quer envelhecer tão rápido? Clique aqui. Quer um pouco de obesidade? Apenas marque "sim" ou "não" com um lápis nº 2. Claro, o problema é que ainda estamos tentando descobrir quais fatores levam a quais respostas nas folhas de Scantron genéticas que definem nossas vidas.
p Mudanças epigenéticas, como muitos de nossos processos vitais, cair para os nossos corpos para lidar com eles. Pense na última vez em que você queimou o jantar ou usou as meias erradas para trabalhar. Você realmente quer controle direto sobre o seu batimento cardíaco ou como seus genes são expressos? Não, para que seu corpo responda ao seu ambiente e cuide de tudo isso para você. Enquanto isso, seu cérebro (o que quer dizer, você) começa a se preocupar com tarefas essenciais de resolução de problemas, como coletar alimentos, criando e lembrando de desligar o ferro. Em nosso tempo livre, Contudo, temos dedicado muito esforço para descobrir como nossos corpos fazem o que fazem. Como tal, já descobrimos como alguns fatores causam mudanças epigenéticas.
p Nutrição :Como diz o ditado, você é o que você come. A pesquisa mostrou que a escassez ou excesso de alimentos durante a infância de uma pessoa pode causar alterações epigenéticas que levam ao diabetes, obesidade e puberdade precoce. As adaptações que fizeram sentido durante uma época de fome podem então ser transferidas para os filhos e netos que vivem em uma época de abundância. Os genes tornam-se epigeneticamente ajustados para lidar com condições adversas e então passam para a prole que pode desfrutar de condições mais confortáveis. Os experimentos também mostraram como os alimentos podem causar mudanças epigenéticas no útero. Os cientistas influenciaram as cores da pelagem e impediram a obesidade em camundongos, alimentando a mãe com uma dieta rica em soja, que altera a metilação [fonte:Ray]. p Paternidade: O campo da epigenética continua a lançar luz sobre a importância dos cuidados dos pais para a saúde mental. Experimentos descobriram que mães ratas que raramente cuidam e amamentam seus filhotes criam filhotes ansiosos. Essa má educação na verdade altera os genes que controlam a produção dos hormônios do estresse. Essa é a maneira da natureza de preparar os jovens para um ambiente potencialmente perigoso. Em humanos, cientistas observaram mudanças de metilação nos cérebros de vítimas de suicídio. Áreas do hipocampo , uma parte do cérebro que pode afetar o humor, continha genes que haviam sido desligados. Estima-se que uma em cada cinco vítimas de suicídio sofreu abuso infantil, levando especialistas a considerar uma possível correlação entre uma educação estressante e uma mudança epigenética [fonte:Economist]. p A pesquisa continua a descobrir conexões entre a mudança epigenética e vários fatores em nossos ambientes e dietas. Como podemos nos beneficiar desse conhecimento? Descubra na próxima página. Pais, Cocaína e Fungicida
As mães não são as únicas que passam mudanças epigenéticas para os filhos. Experimentos com ratos mostraram que o fungicida vinclozolina pode causar suscetibilidade a câncer e defeitos renais, ambos os quais podem ser transferidos para a prole por meio de alterações de metilação. Em um experimento médico semelhante, pesquisadores descobriram que ratos usuários de cocaína transmitiram problemas de memória a três gerações de descendentes graças a mudanças epigenéticas.
Um pesquisador científico extrai o RNA de células-tronco embrionárias em um laboratório, no centro de pesquisa do genoma humano da Universidade de São Paulo, no Brasil. Mauricio Lima / AFP / Getty Images p À medida que o conhecimento do epigenoma cresce, continuamos a aprender mais sobre como as substâncias que consumimos e as situações sociais em que vivemos influenciam a maneira como nossos genes são expressos. Os cientistas já estão repensando a maneira como os organismos evoluem e como as características são transmitidas de pais para filhos. Mas em que ponto esse conhecimento começará a mudar a maneira como vivemos? Em que ponto seremos capazes de tomar uma pílula e bloquear ou desbloquear a combinação certa de genes para melhorar nossa qualidade de vida?
p Apesar de desligar o envelhecimento e ajustar o genoma humano são possibilidades bastante inspiradoras, os epigeneticistas estão muito mais interessados em descobrir maneiras de tratar doenças epigenéticas. Como alguns cânceres ocorrem devido à desativação de genes supressores de tumor, pesquisadores têm trabalhado para desenvolver medicamentos que os reativem. A droga azacitidina, por exemplo, trata a leucemia dessa maneira. Encontrar as partes certas do epigenoma para tratar, Contudo, pode ser como encontrar uma agulha em um palheiro. E uma vez que os pesquisadores encontram as áreas que desejam afetar, drogas epigenéticas não são tão específicas. Eles podem ter sucesso em bloquear ou desbloquear os genes que queriam tratar, mas também afetam outros genes, resultando em efeitos colaterais potencialmente perigosos.
p Após a conclusão do Projeto Genoma Humano, a Projeto Epigenoma Humano está se esforçando para mapear o escopo das mudanças que podem ocorrer entre o genoma e o fenótipo. Uma vez terminado, Contudo, um mapa epigenômico também pode ser útil para determinar quais indivíduos estão sob risco de certas doenças e encorajar o tipo de mudanças no estilo de vida que podem impedir que genes errados sejam ativados ou desativados. p Mais do que medicamentos futuros estão em jogo, Contudo. As descobertas epigenéticas também forçam os médicos a reexaminar os medicamentos existentes. Mesmo azacitidina, a primeira droga epigenômica aprovada pela FDA, foi usado anteriormente para tratar doenças de células-tronco da medula óssea. Foi somente após a descoberta de seus efeitos epigenéticos que os médicos exploraram seus usos em outras áreas. p As células-tronco também são de interesse fundamental para os epigeneticistas. Ao estudar as mudanças epigenéticas que determinam como as células se desenvolvem, pode eventualmente ser possível ditar em que tipo de tecido uma célula-tronco se desenvolverá. Para obter mais informações sobre as implicações disso, leia Como funcionam as células-tronco. p Enquanto isso, quanto mais sabemos sobre as mudanças epigenéticas, quanto mais percebemos a correlação entre nossas ações e, não apenas nossas próprias vidas, mas a vida de nossos filhos. À medida que removemos outra camada genética para descobrir quem somos, que outros mistérios nos esperam? p Siga os links na próxima página para aprender ainda mais sobre DNA.
