O lodo está em toda parte. Ele molda a consistência de seus fluidos corporais, desde a saliva na boca até a gosma que cobre seus órgãos. Ele protege você contra patógenos, incluindo o coronavírus, enquanto cria um lar em sua boca para bilhões de bactérias amigáveis. Ele ajuda as lesmas a fazer sexo com o Homem-Aranha pendurado nas paredes, os peixes-bruxa transformam a água em uma gosma que se expande rapidamente, as lampreias filtram seus alimentos e as andorinhas constroem ninhos.
Mas enquanto o lodo é essencial para todas as formas de vida complexa, suas origens evolutivas permanecem obscuras.

Sou um geneticista evolucionário que estuda como os humanos e seus genomas evoluem. Junto com meus colegas, incluindo meu colaborador de longa data Stefan Ruhl e meu aluno Petar Pajic, abordamos esse quebra-cabeça evolucionário em nosso artigo publicado recentemente. Começamos analisando como o lodo salivar é feito em diferentes espécies. O que descobrimos foi que o lodo abre uma janela para o papel que o DNA repetitivo desempenha nos mistérios da evolução.

O que são mucinas?

O lodo é composto de proteínas chamadas mucinas, que são vasos para moléculas de açúcar. Esses açúcares são os principais encarregados de tornar as coisas viscosas.

Ao contrário de outras proteínas, que normalmente têm formas 3D intrincadas, as mucinas geralmente assumem a forma de bastões longos e rígidos. As moléculas de açúcar são anexadas ao longo do comprimento das hastes, criando estruturas complexas semelhantes a escovas.

Essa parceria entre os blocos de construção das proteínas e os açúcares ligados a eles, repetidos várias vezes, é essencial para as propriedades das mucinas. Essas estruturas podem aderir a outras mucinas e micróbios, alterando as propriedades físicas dos fluidos que as cercam em uma substância pegajosa e viscosa.

A evolução do lodo

Apesar das propriedades notáveis ​​que as mucinas têm e seu papel essencial na biologia, como elas evoluíram iludiu os cientistas.

Para começar a descobrir as origens evolutivas das mucinas, meus colegas e eu começamos procurando por ancestrais genéticos comuns para mucinas em 49 espécies de mamíferos. Afinal, a evolução muitas vezes conserta, mas raramente inventa. A maneira mais fácil de um novo gene evoluir é copiando e colando um existente e fazendo pequenas alterações na nova cópia para se adequar às circunstâncias ambientais. As chances de uma espécie inventar independentemente uma mucina complexa a partir do zero são astronomicamente pequenas. Nossa equipe de pesquisa tinha certeza de que copiar e colar genes de mucinas existentes que se adaptam às necessidades de uma determinada espécie era o principal impulsionador da evolução da mucina.

Mas nossas suposições iniciais se mostraram incompletas. Copiar e colar genes de mucina em um genoma deve levar a genes-filhos que tenham semelhanças entre si. Embora algumas mucinas se encaixassem em nossos critérios, um estudo anterior revisou todos os genes conhecidos que codificam mucinas em pessoas e encontrou várias mucinas "órfãs" que não pertencem a nenhuma família de genes. Eles existem sozinhos na vasta paisagem do genoma humano.

Em seguida, nos concentramos em procurar esses genes órfãos nos genomas de dezenas de espécies em bancos de dados genéticos. Encontramos 15 casos de novos genes de mucina que evoluíram em diferentes mamíferos, sem qualquer conexão com genes de mucina conhecidos.

Investigações posteriores, no entanto, revelaram que esses genes de mucina, afinal, têm parentes. Eles compartilham ancestralidade com outras proteínas semelhantes a bastonetes ricas no aminoácido prolina, que são comumente encontradas na saliva. Essas proteínas ricas em prolina, no entanto, não possuem as principais estruturas de proteínas repetitivas que ajudam as mucinas a se ligarem às moléculas de açúcar.

Nossa hipótese é que essas proteínas ricas em prolina poderiam sofrer "mucinização" pela adição repetida de proteínas que se ligam a moléculas de açúcar, chamadas glicoproteínas. Para testar isso, comparamos as sequências de genes que codificam mucinas e genes que codificam proteínas ricas em prolina em diferentes mamíferos, incluindo pessoas. Descobrimos que as sequências eram altamente semelhantes. A única diferença foi a presença de segmentos repetidos de glicoproteínas nas mucinas. O que isso significa é que certas proteínas podem ser transformadas em mucinas apenas adicionando cópias desses segmentos repetidos.

DNA repetitivo e evolução

Nossas descobertas revelam a diversidade de mucinas em todo tipo de criatura, abrindo uma visão para o viscoso playground de adaptação da evolução.

Os pesquisadores geralmente ignoram sequências genéticas repetitivas porque raramente ocorrem dentro de genes que codificam as proteínas que desempenham muitas funções biológicas nas células. Mas no caso das mucinas, criar sequências repetidas do zero acaba sendo um importante motor para sua evolução. Nosso trabalho anterior em primatas sugere que o número de segmentos repetidos de ligação de açúcar que existem em uma determinada mucina pode ser o fator que determina suas diferenças em relação a outras.

É possível que a adição de sequências genéticas repetitivas também possa moldar discretamente outras funções no genoma. De fato, essas repetições em tandem são um tipo comum de mutação no genoma humano, e estudos recentes sugerem seu papel não descoberto na variação biológica entre as pessoas.

Mucinas e saúde humana

Compreender como as mucinas funcionam também ajudará os pesquisadores a entender melhor várias doenças.

Quando as mucinas não funcionam adequadamente, podem levar a doenças. Pessoas com um gene CFTR com defeito desenvolvem fibrose cística, onde seus corpos são incapazes de limpar o muco dos pulmões e dificultam a respiração. O mau funcionamento da regulação da mucina também está ligado ao desenvolvimento do câncer.

Embora possa não ser óbvio, você provavelmente tem uma conexão pessoal com as mucinas. Há dois anos, visitei minha mãe após o diagnóstico de câncer. A chuva tinha acabado de acabar, e as ruas de Istambul se tornaram uma vila movimentada de caracóis assustadoramente grandes. Durante uma curta caminhada com minha mãe, peguei um desses caracóis com fascínio, para seu horror.

Eu não tive coragem de dizer a ela que o mecanismo biológico que permite que essas criaturas incríveis se movam era o mesmo que ajudava o tumor em seus pulmões a crescer. Isso me lembrou as palavras do cientista Michael Faraday:"Não importa o que você olhe, se você olhar de perto o suficiente, você está envolvido em todo o universo." + Explorar mais

A evolução do muco:como conseguimos todo esse lodo?

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.