Demonstrado passo a passo como a borboleta-monarca evoluiu sua resistência toxicológica

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, conseguiram demonstrar passo a passo a evolução de resistência a toxinas na borboleta-monarca (Danaus plexippus), via análise genômica comparativa e ferramenta de edição genética (CRISPR-Cas9 no caso) (1). Em um estudo publicado no periódico Nature (2) desta semana, os pesquisadores não só descreveram em detalhes como o processo evolutivo ocorreu - incluindo sequências exatas de mutações - como também reproduziram o desenvolvimento de resistência toxicológica em moscas-da-fruta do gênero Drosophila, tornando esses insetos também imunes à toxina suportada pela D. plexippus.

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(1) Para mais informações, acesse o artigo: CRISPR-Cas9: O Poder da Edição Genética

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As lagartas da mariposa-monarca se alimentam de plantas do gênero Asclepias, conhecidas pela sua seiva leitosa (constituída de látex, alcaloides e outros compostos orgânicos), e que trazem representantes que carregam um potente veneno chamado de glicosídeo cardíaco. A maioria das outras lagartas e animais que comem as folhas dessas plantas acabam sendo intoxicados, onde a toxina obstrui os bombeadores de sódio-potássio no corpo, responsáveis por manter um equilíbrio ideal de espécies iônicas no meio extracelular e no meio intracelular. As mariposas-monarcas possuem a variante de um gene - associada com substituições de aminoácidos - responsável pela expressão da subunidade-alfa (ATPα) do bombeador de sódio (Na+/K+-ATPase) - o alvo fisiológico dos glicosídeos cardíacos - que confere a essa espécie proteção contra a toxina. Outros insetos de seis diferentes ordens também evoluíram de forma paralela (convergente) resistência a esses glicosídeos, a maioria através de variantes nesse gene. Além disso, a borboleta-monarca consegue acumular no corpo essas toxinas durante a fase larval (lagarta) - retendo-as durante a metamorfose - e se tornar tóxica para potenciais predadores - como sapos e pássaros -, estes os quais automaticamente as vomitam. Aliás, as cores vivas e chamativas dessa espécie de borboleta servem justamente para alertar os predadores da sua toxicidade.

Até o momento, no entanto, era incerto se somente mutações no gene associado ao bombeador de sódio eram suficiente para conferir resistência em todo o organismo, e também se a ordem de emergência das substituições de aminoácidos interferia com o processo evolutivo.

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Nesse sentido, os pesquisadores do novo estudo já tinham realizado uma análise genômica comparativa prévia em 21 insetos - incluindo borboletas-monarcas - com diferentes tolerâncias à toxina glicosídica para identificar as substituições exatas no gene conferindo a resistência na borboleta. Eles identificaram os locais de aminoácidos 111, 119 e 122 associados com a especialização ao glicosídeo cardíaco.

Sabendo as substituições, os pesquisadores resolveram então usar o editor genético CRISPR-Cas9 para modificar o gene correspondente em moscas-da-fruta da espécie Drosophila melanogaster nos três aminoácidos determinados, experimentando diferentes caminhos de edição. A cada substituição, os pesquisadores observaram in vivo, in vitro e in silico que as moscas modificadas iam ficando cada vez mais resistentes à toxina glicosídica. Porém, diferentes ordens de substituições - se não uma em específico - mostraram resultar em graves efeitos colaterais (problemas no sistema nervoso), diminuindo drasticamente a expectativa de vida desses insetos. Ao final da correta ordem, após as três substituições, as novas moscas com a mesma variante genética das borboletas monarcas, ganharam uma resistência ao glicosídeo cardíaco 1000 vezes maior quando comparado com moscas não modificadas, e em um grau similar às borboletas.

As 'super-moscas' criadas possuíam, no entanto, um menor tempo de reação ao estresse do que as moscas não modificadas, evidenciando que o novo fenótipo adaptativo veio com um custo. Obviamente, no meio natural, as borboletas-monarcas evoluíram outras características ao longo de milhões de anos compensando prováveis efeitos colaterais deletérios das mutações.

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A necessidade de uma ordem específica para as substituições explicam porque vários insetos de distintos táxons - divergentes em mais de 300 milhões de anos atrás - evoluíram de forma convergente a resistência aos glicosídeos cardíacos, encontrando a mesma solução evolutiva através de um gene comum. Mutações fora de ordem eram fatais e não eram passadas para a próxima geração ao longo do percurso evolutivo.

Essa é a primeira vez que cientistas conseguem recriar em um organismo multicelular um conjunto de mutações evolucionárias levando a uma completa nova adaptação ao ambiente, nesse caso, uma nova dieta e um novo modo de deter predadores para moscas-da-fruta.


(2) Publicação do estudo: Nature