A pesquisa usa os genomas de 241 espécies e pode ser usada para apoiar resultados de saúde animal e humana – Strong The One

O estudo, publicado na Ciência, faz parte de uma série de artigos divulgados pelo Projeto Zoonomia, um consórcio de cientistas de todo o mundo que está usando o maior conjunto de dados genômicos de mamíferos da história para determinar a história evolutiva do genoma humano no contexto da história evolutiva dos mamíferos. Seu objetivo final é identificar melhor a base genética para características e doenças em pessoas e outras espécies.

A pesquisa da Texas A&M University – liderada pelo Dr. William J. Murphy, professor do Departamento de Biociências Integrativas Veterinárias, e Dr. Nicole Foley, uma cientista pesquisadora associada no laboratório de Murphy – está enraizada na filogenia, um ramo da biologia que lida com as relações evolutivas e a diversificação de organismos vivos e extintos.

“O argumento central é sobre se os mamíferos placentários (mamíferos que se desenvolvem dentro das placentas) divergiram antes ou depois do evento de extinção Cretáceo-Paleogeno (ou K-Pg) que eliminou os dinossauros não aviários”, compartilhou Foley. “Ao realizar novos tipos de análises possíveis apenas devido ao enorme escopo de Zoonomia, respondemos à questão de onde e quando os mamíferos se diversificaram e evoluíram em relação à extinção em massa K-Pg”.

A pesquisa – que foi realizada com colaboradores da Universidade da Califórnia, Davis; Universidade da Califórnia, Riverside; e o Museu Americano de História Natural – conclui que os mamíferos começaram a se diversificar antes da extinção do K-Pg como resultado da deriva continental, que fez com que as massas terrestres da Terra se separassem e se juntassem novamente ao longo de milhões de anos. Outro pulso de diversificação ocorreu imediatamente após a extinção K-Pg dos dinossauros, quando os mamíferos tinham mais espaço, recursos e estabilidade.

Essa taxa acelerada de diversificação levou à rica diversidade de linhagens de mamíferos – como carnívoros, primatas e animais com cascos – que compartilham a Terra hoje.

A pesquisa de Murphy e Foley foi financiada pela National Science Foundation e faz parte do Projeto Zoonomia liderado por Elinor Karlsson e Kerstin Lindblad-Toh, do Broad Institute, que também compara genomas de mamíferos para entender a base de fenótipos notáveis ​​- a expressão de certos genes, como olhos castanhos versus olhos azuis – e as origens da doença.

Foley apontou que a diversidade entre os mamíferos placentários é exibida tanto em suas características físicas quanto em suas habilidades extraordinárias.

“Os mamíferos hoje representam uma enorme diversidade evolucionária – desde o voo zuninte do minúsculo morcego abelha até o lânguido deslizar da enorme baleia azul enquanto nada pelos vastos oceanos da Terra. Várias espécies evoluíram para ecolocalizar, algumas produzem veneno, enquanto outras evoluíram resistência ao câncer e tolerância viral”, disse ela.

“Ser capaz de observar as diferenças e semelhanças compartilhadas entre as espécies de mamíferos em nível genético pode nos ajudar a descobrir as partes do genoma que são críticas para regular a expressão dos genes”, continuou ela. “Ajustar essa maquinaria genômica em diferentes espécies levou à diversidade de características que vemos nos mamíferos vivos de hoje”.

Murphy compartilhou que a filogenia resolvida de mamíferos de Foley é crucial para os objetivos do Projeto Zoonomia, que visa aproveitar o poder da genômica comparativa como uma ferramenta para a medicina humana e a conservação da biodiversidade.

“O Projeto Zoonomia é realmente impactante porque é a primeira análise a alinhar 241 genomas de mamíferos diversos de uma só vez e usar essa informação para entender melhor o genoma humano”, explicou. “O maior impulso para reunir esse grande conjunto de dados foi poder comparar todos esses genomas com o genoma humano e, em seguida, determinar quais partes do genoma humano mudaram ao longo da história evolutiva dos mamíferos”.

Determinar quais partes dos genes podem ser manipuladas e quais partes não podem ser alteradas sem causar danos à função do gene é importante para a medicina humana. Um estudo recente emCiência Medicina Translacional liderado por um dos colegas de Murphy e Foley, o geneticista da Texas A&M, Dr. Scott Dindot, usou a abordagem de genômica comparativa para desenvolver uma terapia molecular para a síndrome de Angelman, um distúrbio neurogenético raro e devastador que é desencadeado pela perda da função da mãe UBE3A genético no cérebro.

A equipe de Dindot aproveitou as mesmas medidas de restrição evolutiva identificadas pelo Projeto Zoonomia e as aplicou para identificar um alvo genético crucial, mas até então desconhecido, que pode ser usado para resgatar a expressão de UBE3A em neurônios humanos.

Murphy disse que expandir a capacidade de comparar genomas de mamíferos usando o maior conjunto de dados da história ajudará a desenvolver mais curas e tratamentos para doenças de outras espécies enraizadas na genética, incluindo cães e gatos.

“Por exemplo, os gatos têm adaptações fisiológicas enraizadas em mutações únicas que lhes permitem consumir uma dieta exclusivamente rica em gordura e proteína que é extremamente prejudicial para os humanos”, explicou Murphy. “Um dos belos aspectos do alinhamento de 241 espécies de Zoonomia é que podemos escolher qualquer espécie (não apenas humana) como referência e determinar quais partes do genoma dessa espécie são livres para mudar e quais não podem tolerar mudanças. dos gatos, por exemplo, podemos ajudar a identificar adaptações genéticas nessas espécies que podem levar a alvos terapêuticos para doenças cardiovasculares nas pessoas”.

A filogenia de Murphy e Foley também desempenhou um papel fundamental em muitos dos artigos subsequentes que fazem parte do projeto.

“É genômica trickle-down”, explicou Foley. “Uma das coisas mais gratificantes para mim ao trabalhar como parte de um projeto mais amplo foi ver quantos projetos de pesquisa diferentes