Jonathan Wells estava certo: DNA sem codificação continua a mostrar função

Fonte: https://evolutionnews.org/2019/12/jonathan-wells-was-right-noncoding-dna-continues-to-show-function/
 Notícias Evolution | @DiscoveryCSC 10 de dezembro de 2019 às 04:49

 Em seu livro de 2011, The Myth of Junk DNA, Jonathan Wells chamou a noção de DNA lixo como uma barreira para a ciência. Observando as descobertas já feitas em 2011, ele disse que são "tempos emocionantes", prevendo que as pesquisas em andamento continuariam a descobrir funções que ainda não eram imaginadas. Como mostram os documentos a seguir, ele estava certo. Cistromes No PNAS, Dongyin Guan e Mitchell A. Lazar comentaram o trabalho de Fei et al., Concluindo que “mutações não codificadoras em potenciadores e outras regiões de ligação ao TF [fator de transcrição] menos bem caracterizadas também têm grandes efeitos na sobrevivência e proliferação celular . ”A revisão deles,“ Iluminando a matéria escura no genoma ”, começa,

“A complexidade dos organismos multicelulares exige que o genoma seja transcrito de maneira dependente do tipo de célula que responda a sinais, como hormônios, do ambiente interno. Isso é mediado pelo epigenoma, que decora e organiza o genoma em uma rede de proteínas histônicas modificadas que funcionam em nucleossomos e modificações químicas no DNA genômico, dispostas tridimensionalmente no núcleo da célula. As características funcionais do epigenoma, como a acetilação dos resíduos de histona lisina, são “lidas” por proteínas especializadas, como as que contêm bromodomains. Da mesma forma, o próprio genoma é lido por proteínas conhecidas como fatores de transcrição específicos da sequência (TFs), que reconhecem e se ligam a motivos específicos no DNA genômico. A totalidade desses sites para um determinado fator de transcrição em uma determinada célula é conhecida como seu “cistroma”. A maioria desses locais de ligação ocorre em ~ 99% do genoma que não codifica para proteínas. [Ênfase adicionada.] 

O trabalho de Fei et al. mostrou um caminho a seguir na identificação dos locais de ligação usados pelos TFs no DNA não codificante. Sites de ligação são como alças. As alças de uma ferramenta são funcionais, mesmo que não façam parte da própria máquina. Seria ruim quebrar as alças de uma serra elétrica, soltando-a e causando danos. Por razões semelhantes, os sites de ligação precisam permanecer intactos para todos os aprimoradores e TFs que se ligam a eles. Eles não devem ser quebrados por mutações, mesmo que o trabalho real seja feito por ferramentas codificadas pelos genes. Em outro estudo, centenas de intensificadores foram excluídos, estabelecendo que a maioria deles reside adjacente aos genes. A pesquisa mostrou, até o momento, que a maioria dos sites potenciadores - mas não todos - estão localizados perto dos genes que regulam. Seria imprudente, portanto, esperar que a exclusão de uma região não codificadora não tivesse efeito.

“Juntos, esses estudos de 2 grupos independentes sugerem que a interação promotor-promotor funcional é mais proximal do que regulada distalmente no nível do genoma. Seria interessante combinar essa análise com um estudo imparcial da arquitetura do genoma para determinar a proporção de aprimoradores funcionais necessários para interações potenciador-promotor de longo alcance e como isso difere da de todo o cistroma.”

Com os recentes progressos realizados na identificação de funções em regiões não codificantes, "o poder dessa técnica aumentará à medida que mais informações sobre a sequência do genoma inteiro estiverem disponíveis". 

Elementos transponíveis 

Partes do DNA que podem mudar de localização foram caracterizadas como "elementos egoístas" que parasitam o genoma. As notícias da Tokyo Tech estão questionando esse paradigma, dizendo: "Afinal, não é tão egoísta - papel fundamental dos elementos transponíveis na evolução dos mamíferos". Embora eles ainda atribuam uma teoria de "cooptação" das ETs, eles se surpreendem com a quantidade de considerado útil para o genoma do "hospedeiro": 

“O genoma humano contém 4,5 milhões de cópias de elementos transponíveis (TEs), as chamadas seqüências egoístas de DNA capazes de se mover pelo genoma por meio de mecanismos de recortar e colar ou copiar e colar. Contando com 30-50% de todo o DNA no genoma médio dos mamíferos, esses EEs têm sido convencionalmente vistos como carregadores genéticos, viajando de carona no genoma sem fornecer nenhum benefício ao organismo hospedeiro. Mais recentemente, no entanto, os cientistas começaram a descobrir casos em que seqüências de TE foram cooptadas pelo hospedeiro para fornecer uma função útil, como codificar parte de uma proteína hospedeira.”

A equipe do professor Hidenori Nishihara encontrou dezenas de milhares de "sequências de TE potencialmente cooptadas" em uma pesquisa abrangente por elas em genes de mamíferos.

 “Surpreendentemente, 20 a 30% de todos os locais de ligação em todo o genoma estavam localizados em EEs, com até 38.500 EEs contendo pelo menos um local de ligação. A maioria deles estava em um tipo de TE copiar e colar, conhecido como retrotransposon, que se duplica, deixando uma nova cópia em um novo local. As seqüências do local de ligação derivadas de TE foram mais conservadas entre as espécies do que o esperado, indicando que elas estão sendo preservadas pela evolução, porque elas desempenham alguma função importante.”

O conto evolutivo sobre a cooptação pode ser definido como uma queda, porque "ainda não está claro o quão comum é esse modo de evolução da rede reguladora mediada pela TE". Os defensores do design poderiam analisar esses dados com suposições não darwinianas e concluir, com Paul Nelson , "Se funcionar, não está acontecendo por acidente."

Proposta de solução de DNA não codificante 

Um ensaio de revisão em BioEssays de Giorgio Bernardi tem o intrigante título: "O Código Genômico: Uma Codificação / Moldagem Pervasiva de Estruturas de Cromatina e uma Solução do Mistério do 'DNA Não Codificante'". A solução? Grande parte do DNA não codificante está envolvido na criação da estrutura arquitetônica necessária para que as regiões codificadoras sejam acessíveis. Eles constroem os “LADs” (domínios associados à lâmina) que se conectam ao envelope nuclear, e os “TADs” (domínios topologicamente associados) que criam limites no genoma. Isso pode ajudar a explicar o mistério de partes ricas em GC do genoma que são caracterizadas por um grande número de ligações guanina / citosina na dupla hélice. Bernardi diz: 

“o código genômico, responsável pela codificação e moldagem generalizada dos domínios primários da cromatina (LADs e TADs primários, ou seja, os "espaços genéticos" / "compartimentos espaciais") resolve os problemas de longa data do "DNA não codificante", "DNA lixo" , "E" DNA egoísta ", levando a uma nova visão do genoma, moldada pelas seqüências de DNA.”

Bernardi se deleita com as sucessivas ondas de descoberta que desamarraram o "mistério" do DNA não codificador. O que essas seqüências longas e repetitivas, chamadas isóforos, estavam fazendo? Por que eles estavam lá? Demorou 66 anos, mas Bernardi parece satisfeito com o fato de a biologia molecular finalmente ter chegado a uma “imagem completa do código genômico, incluindo a conexão crucial com os espaços / compartimentos espaciais dos genes em que os genes dependem para sua função”. promovido de uma carga parasitária para uma parte essencial do genoma.

“Três explicações principais foram apresentadas para a existência de DNA não codificante, um problema que merece o termo “mistério”, já que ele resistiu a 50 anos de sondagem. Ohno, concentrando-se principalmente em pseudo-genes, propôs que o DNA não codificador fosse "DNA lixo". Doolittle e Sapienza e Orgel e Crick sugeriram a idéia de "DNA egoísta", envolvendo principalmente transposões visualizados como parasitas moleculares, em vez de terem uma função adaptativa para seus anfitriões. Por outro lado, o projeto ENCODE afirmou que a maioria (~ 80%) do genoma participou "de pelo menos um evento bioquímico associado a RNA e / ou cromatina em pelo menos um tipo de célula". Essa alegação, no entanto, foi rejeitada, principalmente por causa da definição frouxa de elementos "funcionais", em favor da visão de que "DNA lixo" ou "DNA egoísta" correspondem a 80-95% do genoma humano.

À primeira vista, o envolvimento generalizado dos isóforos na formação de domínios e compartimentos espaciais da cromatina parece deixar pouco ou nenhum espaço para o DNA "lixo" ou "egoísta". No entanto, deve-se considerar agora que as seqüências de codificação estão correlacionadas em termos de composição com os isóforos em que estão localizadas (as restrições de composição destes últimos, dependendo da necessidade de codificar / moldar estruturas de cromatina, como já mencionado) e ainda assim são expressas. Isso indica que não há problema para os transposons estarem, por um lado, correlacionados em termos de composição com os isóforos "hospedeiros" e, por outro, estar ativos. Escusado será dizer que essa visão também leva a um entendimento da transcrição "sobreposta" de RNAs não codificadores longos que se originam da maioria das seqüências de DNA e que desempenham papéis importantes.”

Que os evolucionistas relegem sua terminologia egoísta / lixo ao lixo da história. Qualquer coisa com um papel importante não é lixo. Os defensores do DI previram que as vastas partes do DNA não codificantes provariam ser funcionais e estavam certas. 

 Jonathan Wells, via Discovery Institute.

Pequenas Maravilhas: Design em Pequenas Criaturas

2 de dezembro de 2019 às 05:52

Projetos em miniatura geralmente exigem mais previsão e engenharia delicada do que projetos grandes. Por exemplo, pense em como seria difícil projetar um veículo nano aéreo (NAV) que pudesse virar e pousar os pés em um teto de vidro. No entanto, mal notamos quando uma mosca faz isso. Os cientistas que olham mais de perto para essas coisas geralmente ficam admirados com o que os animais fazem. Aqui estão algumas pequenas maravilhas que merecem nossa admiração e respeito.

O voo

Cientistas dos EUA e da Índia desaceleraram e ampliaram como as moscas podiam pousar no teto. Em seu artigo “As moscas pousam de cabeça para baixo no teto usando manobras rotacionais rápidas mediadas visualmente”, publicado na revista científica de acesso aberto AAAS Science Advances, eles compartilham o que aprenderam.

“Moscas e outros insetos rotineiramente pousam de cabeça para baixo no teto. Essas manobras de aterrissagem invertida estão entre as façanhas acrobáticas mais notáveis, mas a gama completa desses comportamentos e seus processos sensório-motores subjacentes permanecem amplamente desconhecidos. Aqui, relatamos que o pouso invertido bem-sucedido em moscas envolve uma sequência serial de módulos comportamentais bem coordenados, consistindo em uma aceleração inicial ascendente seguida de rápida rotação do corpo e extensão da perna, antes de terminar com um balanço do corpo assistido por uma perna, articulado em torno das pernas firmemente presas para o teto. As análises estatísticas sugerem que as manobras rotacionais são acionadas quando a velocidade relativa de expansão da retina das moscas atinge um limite. Além disso, as moscas exibem taxas de pitch and roll altamente variáveis, fortemente correlacionadas e provavelmente mediadas por várias pistas sensoriais. Ao voar com velocidades mais altas para frente ou para baixo, as moscas diminuem a taxa de afinação, mas aumentam o grau de giro assistido pelas pernas, alavancando assim a transferência do momento linear do corpo. [Enfase adicionada.]”

Os pesquisadores da Penn State, que participaram do estudo, chamam isso de "sem dúvida a manobra acrobática mais difícil e menos compreendida, realizada por insetos voadores". O principal autor, Bo Cheng, disse: "Em última análise, queremos replicar isso na engenharia, mas precisamos entenda-lo primeiro. ”A equipe ficou espantada ao ver como a mosca poderia realizar quatro“ manobras perfeitamente cronometradas ”para pousar de cabeça para baixo num piscar de olhos: aceleração, roda dentada, extensão de perna e balanço do corpo inteiro auxiliado pelas pernas.

As manobras da mosca "exibiram uma velocidade angular notavelmente alta", descobriram os cientistas, enquanto observavam como o pequeno inseto "gira" em torno de suas patas dianteiras. Seu corpo vem bem equipado para lidar com a tensão. “Esse processo depende muito da aderência das almofadas em forma de almofada nos pés (chamadas pulvilos), o que garante uma aderência firme e a viscoelasticidade das articulações das pernas compatíveis, que amortecem o impacto no contato.” A equipe de pesquisa aparentemente também era fascinado com a aerodinâmica para especular sobre a evolução.

Uma mosca também está bem equipada para um vôo estável. Michael Dickinson estuda vôo de insetos há anos em seu laboratório especializado em Caltech. Sua equipe publicou outro artigo “notável” na Current Biology, relatando que “as moscas regulam o movimento das asas através do controle ativo de um giroscópio de dupla função”. As moscas da fruta são membros do Diptera (duas asas), porque suas asas traseiras enrugadas, chamadas halteres, foram considerados asas de vôo vestigiais. Alguns pensaram que funcionam como giroscópios. Dickinson decidiu testar essa ideia:

“As moscas executam suas notáveis manobras aéreas usando um conjunto de músculos direcionadores das asas, que são ativados em fases específicas do ciclo do golpe. A fase de ativação desses músculos - que determina sua produção biomecânica - surge através do feedback dos mecanorreceptores na base das asas e das estruturas exclusivas das moscas chamadas halteres. Evoluídos a partir das patas traseiras, os minúsculos halteres oscilam na mesma frequência que as asas, embora não tenham função aerodinâmica e pensem que atuam como giroscópios. Assim como as asas, os halteres possuem músculos de controle de minutos cuja atividade é modificada pela entrada visual descendente, aumentando a possibilidade de que as moscas controlem o movimento das asas ajustando a saída do motor de seus halteres, embora essa hipótese nunca tenha sido diretamente testada.”

Os evolucionistas que trataram os halteres como órgãos vestigiais inúteis agora terão que explicar ainda mais funções do que se pensava anteriormente.

“Nossos resultados sugerem que, em vez de agir apenas como um giroscópio para detectar a rotação do corpo, os halteres também funcionam como um relógio ajustável para definir o tempo de pico dos neurônios motores das asas, uma capacidade especializada que evoluiu do circuito de vôo genérico de seus ancestrais de quatro asas. Além de demonstrar como o circuito de controle eferente de uma estrutura sensorial regula o movimento da asa, nossos resultados fornecem uma visão do cenário seletivo que deu origem à evolução dos halteres.”

Mas se os halteres servem agora para funções úteis de controle e tempo, quem pode dizer que não eram equipamentos originais? Afinal, os dípteros em geral estão entre os folhetos mais versáteis do mundo dos insetos. Se algo funciona, como Paul Nelson apontou, não está acontecendo por acaso. “Embora o haltere seja comumente descrito como um giroscópio”, diz a equipe de Dickinson, “a estrutura é melhor interpretada como um órgão sensorial multifuncional.” Comparada com outros insetos com quatro asas, as moscas têm essa vantagem: “os mecanorreceptores das asas nunca podem fornecer limpe um sinal de relógio como os mecanorreceptores em um haltere. ”Na melhor das hipóteses, o benefício pode ser visto como uma subfuncionalização dos dispositivos posteriores em funcionamento. Isso representaria um exemplo de devolução, não evolução de novas características funcionais. Como um motorista com pouco combustível, ele eliminou o porta-malas para obter melhor quilometragem.

Formigas rápidas

Um novo recorde de velocidade terrestre foi descoberto nas formigas. A New Scientist escreve: “A formiga do deserto corre tão rápido que cobre 100 vezes o comprimento do corpo por segundo.” O repórter Michael Marshall não diz se a formiga grita “Ai!” A cada passo na areia quente do Saara, mas essa formiga parece um borrão enquanto corre, imitando o Road Runner da fama dos desenhos animados. O truque da formiga é sincronizar as seis pernas e dar até 47 passos por segundo. Caçando insetos exaustos pelo calor durante o dia, a formiga prateada do Saara tem outra adaptação: seu corpo é revestido com pelos prateados que superam o calor.

A cobertura da Nature inclui um vídeo mostrando a técnica de corrida da formiga desacelerada em um fator de 44 - e ainda é muito rápido para se concentrar. Galopando a 85 centímetros por segundo, a formiga praticamente voa com todos os pés fora do chão em alguns pontos de sua marcha. Se tocar um metro de cada vez no chão também lhe dá estabilidade, como um tripé, que ajuda a impedir que a formiga afunde na areia.

Burrow Masters

Os engenheiros da NASA estão tentando resolver um problema com seu mais novo módulo de aterrissagem em Marte, chamado Insight. Sua “toupeira”, um instrumento projetado para cavar 16 pés no solo marciano para medir Marsquakes, está preso a 14 polegadas. Foi equipado com um martelo inercial para escavação, mas o solo está se mostrando mais difícil do que o esperado, diz o JPL. Talvez eles devessem ter imitado minhocas. Como os animais macios e macios conseguem soltar o solo com tanta eficácia?

Helen Briggs, da BBC News, relata que “o primeiro atlas global de minhocas foi compilado, com base em pesquisas em 7.000 locais em 56 países.” O atlas da diversidade global de minhocas, publicado pela AAAS na Science, começa explicando por que isso é importante . "Minhocas são componentes-chave das comunidades ecológicas do solo, desempenhando funções vitais na decomposição e ciclagem de nutrientes através dos ecossistemas."

Separadamente, Liu et al. na Current Biology investigou como “as minhocas coordenam a biota do solo para melhorar múltiplas funções do ecossistema”. Seu conceito principal era “multifuncionalidade” dos solos, que se refere a “medidas agregadas da capacidade dos ecossistemas de fornecer simultaneamente múltiplas funções do ecossistema”. Seus experimentos e observações mostraram que os vermes oferecem sua contribuição vital principalmente “mudando a composição funcional em direção a uma comunidade do solo, favorecendo o canal de energia bacteriana e fortalecendo as associações bióticas das comunidades microbiana e microfaunal do solo”. Menos importantes foram seus efeitos na estrutura e no pH do solo. Em outras palavras, as minhocas cooperam com a biota do solo para promover as funções possíveis do ecossistema.

Um metro cúbico de solo pode conter 150 minhocas individuais, diz a BBC. Como as minhocas macias e flexíveis se espremem em solos duros, e conseguem tanto bem multifuncional com cérebros pequenos e sem olhos? Esses documentos não abordam isso, mas basta dizer que, sem eles, o solo terrestre provavelmente seria tão inóspito quanto o de Marte.

Um planeta dinâmico

Em muitos níveis, nosso planeta privilegiado foi projetado com a previsão de promover a habitabilidade. Ambientes em um planeta dinâmico provavelmente mudarão. Quando o habitat muda, os organismos devem ser flexíveis o suficiente para se adaptarem. A teoria do design inteligente pode apoiar a diversificação, o "gramado" da vida se ramificando nas pontas, em vez da árvore de Darwin com uma única raiz. A formiga prateada do Saara, por exemplo, poderia ter se diversificado de outras formigas depois que o Saara secasse de seu antigo habitat ribeirinho (como evidenciado pelos canais do rio detectáveis sob a areia). Exigiria apenas modificações ou exageros de características existentes: pêlos, pernas e comportamentos corporais.

Existem cerca de 6.000 espécies de minhocas, incluindo espécies de apenas alguns centímetros de comprimento para gigantes de até 3 metros; estes também poderiam ter se diversificado com base em seus ambientes locais. As asas traseiras de uma mosca podem encolher e se degradar se as asas forem subfuncionalizadas, passando de vários propósitos para se concentrar no mais importante para suas necessidades. Isso não é muito diferente dos peixes cegos das cavernas que, perdendo os olhos, compensam com sentidos exagerados de tato e olfato.

 Nenhuma  dessas considerações afeta o argumento do design. Asas, pernas e a capacidade de escavar não acontecem por acidente. Podemos nos maravilhar com a previsão embutida nessas criaturas que se tornam campeões em traços específicos em seus respectivos concursos familiares.

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Leia o artigo original com os devidos créditos em:

https://evolutionnews.org/2019/12/small-wonders-design-in-tiny-creatures/