Como um vírus antigo tornou nossos cérebros tão complexos?

Uma antiga infecção viral pode ter dado aos animais as ferramentas para se tornarem rápidos, coordenados e inteligentes, descobriu um estudo.

De acordo com um artigo publicado quinta-feira na revista Cell, sistemas nervosos complexos surgiram num passado distante, depois que os vírus inseriram pedaços de código nos genomas dos vertebrados – animais com medula espinhal, desde humanos até sapos e salmões.

Esta “invasão” em si é comum; A inserção desse código é o principal método utilizado pelos vírus – que não têm capacidade de se reproduzir sem o apoio de uma célula protegida – para forçar as células a executarem seus comandos.

Mas, neste caso, as células transformaram o novo código para atingir os seus próprios objetivos, uma dinâmica que os cientistas também encontraram nas raízes das atividades animais básicas, como a fertilização e a gravidez.

“As células adoeceram e pensaram: 'Podemos usar esta sequência para o nosso próprio propósito'”, disse o co-autor Tanay Ghosh, do Cambridge Institute of Science.

Os novos pedaços de código injetados ajudaram a direcionar a maquinaria celular para produzir mielina, uma bainha protetora que envolve as células nervosas e que ajuda a acelerar a transmissão de sinais elétricos que alimentam o nosso sistema nervoso.

A mielina no nosso sistema nervoso funciona de forma muito semelhante ao isolamento plástico que cobre um cabo de fibra óptica: ao bloquear a capacidade de um sinal escapar através das paredes do fio (ou fibra nervosa), permite que esse sinal seja transmitido mais rapidamente e com menos erros.

Evolutivamente, esta propriedade permite outros efeitos poderosos.

Como a mielina permite que os nervos viajem mais rapidamente, também permite novas formas de comunicação simultânea. Isto permitiu a evolução de redes neurais complexas caracterizadas por mais conexões e mais interações dentro de um determinado espaço. (Embora nem todos os neurónios tenham bainhas de mielina, as células que as têm – particularmente na substância branca do cérebro e da medula espinal – são encontradas em áreas onde a velocidade e a densidade das ligações são críticas.)

Sem estes sinais mais rápidos, “todos os mecanismos predador-presa – toda esta enorme diversidade – não teriam evoluído”, disse Ghosh.

A pesquisa da equipe descobriu que a infecção de ancestrais vertebrados com vírus codificadores de mielina provavelmente ocorreu múltiplas vezes, já que a família de vírus intimamente relacionada modificou os genomas dos ancestrais dos peixes, anfíbios e mamíferos de hoje – cada um reutilizando novas linhas de código. Para construir complexidade.

Isto requer uma dança evolutiva complexa. A infecção viral não codificou a produção de mielina, mas outra mutação sim. Em vez disso, ajudou as proteínas que leem e interpretam o genoma a se ligarem à região específica onde as instruções da mielina poderiam ser encontradas.

Os cientistas sabem disso porque alguns vertebrados simples – como as lampreias marinhas – têm a mutação da mielina, mas não possuem esta parte extra do genoma viral. O sistema nervoso relativamente simples da lampreia marinha também não contém mielina. Ghosh compara esse sistema nervoso primitivo a uma orquestra esperando para começar a tocar. “Todos os instrumentos estavam lá, mas precisavam de um gatilho: violinos – ou vírus.

Ghosh enfatizou que esses vírus antigos não pretendiam alterar a estrutura de seus hospedeiros. Em vez disso, a forma como esta cerimónia evolutiva ocorreu mostra algo sobre as células que as pessoas comuns muitas vezes ignoram.

“As células são inteligentes”, disse ele. “Eles têm muitos mecanismos que não entendemos – não sabemos como fazem tudo. Às vezes dizemos que são demasiado inteligentes para nós. Eles têm uma série de mecanismos que não compreendemos.

Num sentido muito real, a palavra “célula” – derivada da descoberta do século XVII de que os tecidos vegetais e animais eram feitos do que pareciam pequenas caixas – não capta realmente a complexidade de como as células interpretam e interagem com cada aspecto. Dos seus ambientes. Uma caixa de pequenas moléculas e órgãos amontoados em uma concha microscópica de gordura não é suficiente para formar uma célula, disse Ghosh. “Você deve ter muitas outras coisas.”

Esta complexidade é evidente numa vasta gama de áreas: nos meios altamente eficientes através dos quais as células criam e mantêm os sistemas que fornecem energia aos nossos corpos, e na sua auto-ajuste precisa para encontrar e corrigir erros no seu código. Tudo isto aponta para a ideia de que as células não retêm resíduos, disse Ghosh. “Se há algo que eles não precisam, eles jogam fora.”

Esta ideia tem implicações marcantes para o genoma humano como um todo. Cerca de 8 por cento Que consistem em sequências desse antigo código viral que são injetadas, de acordo com o Proceedings of the National Academy of Sciences.

Grande parte deste código também pode ser funcional ou reaproveitado por animais para fazer coisas novas, muitas delas surpreendentemente íntimas. Por exemplo, DNA derivado de um vírus. Ajudando na formação da placentaque carrega o feto na maioria dos mamíferos – assim como A Estrutura semelhante em marsupiaisE outro Em algum tipo de lagarto Que dá à luz para que os jovens possam viver.

Humanos e outros primatas também usam DNA viral reaproveitado para ajudar na regulação hormonal Que controla o momento do nascimento. Na outra extremidade do processo de gravidez, o DNA viral parece controlar a mudança crucial pela qual as células recém-fertilizadas do feto deixam de ser capazes de formar qualquer estrutura – incluindo aquelas fora do corpo do feto, como a própria placenta – para se tornarem Projetado para a construção do próprio feto. (Esta fase ocorre alguns dias após a fertilização, uma vez que o novo embrião unicelular se divide repetidamente para formar um blastocisto de várias centenas de células.)

Para que estas mudanças cheguem até nós, elas não podem ocorrer apenas nos corpos de animais individuais. Eles tiveram que, de alguma forma, chegar à “linhagem germinativa”: um Progresso potencialmente imortal Os espermatozóides e os óvulos codificam – e transportam – as células que constituem o corpo dos indivíduos.

Ghosh observou que este processo de infecção, reutilização e transformação não se limita à história antiga da nossa espécie, ainda está em curso, com resultados futuros desconhecidos. “No futuro, mais coisas poderão acontecer ao nosso DNA – não sabemos”, disse Ghosh.

“A evolução é longa”, disse ele. “É um processo dinâmico, não um processo estático.”