Para fazer um mamífero, você precisa de um óvulo e um espermatozóide. Esses dois insumos genéticos necessários, historicamente, significaram falha no lançamento de tentativas de produzir descendentes de machos ou fêmeas-fêmeas. Mas ao borrar as fronteiras entre o óvulo e o espermatozoide com a alteração genética, os cientistas agora estão nos ajudando a quebrar as regras da reprodução dos mamíferos.
Ontem, na revista Cell Stem Cell, uma equipe de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências relatou o nascimento de filhos saudáveis para pais de ratos do mesmo sexo. Ao modificar os genomas dos ovos para se assemelhar aos espermatozóides, e vice-versa, os cientistas conseguiram superar um grande obstáculo na reprodução biológica. Filhotes de uniões de mulheres e mulheres sobreviveram até a idade adulta, tornando-se mães, e bebês de vida curta foram recebidos por um casal de pais e filhas.
"Isso é incrivelmente impressionante", diz Ava Mainieri, bióloga que estuda a genética da reprodução na Universidade de Harvard. "Essa tecnologia tem cerca de um milhão de implicações para o futuro".
Os pesquisadores foram capazes de superar um desafio de longa data para a produção de mamíferos com pais do mesmo sexo. Normalmente, um embrião de mamíferos precisa de dois genomas, cada um contendo um manuscrito de instruções genéticas da mãe ou do pai. Desta forma, o feto herda duas cópias de cada gene individual. Mas para muitos genes, a cópia da mãe ou do pai fica em silêncio. Regiões inteiras de um genoma podem ser desligadas, enquanto as mesmas partes do código genético do outro genitor permanecem intactas.
“Se os nucleotídeos do DNA são um texto, [essas modificações naturais] podem ser pensadas como espaços ou pontuação que dão significado a um texto tão complicado”, explica Mainieri, que não esteve envolvido na pesquisa.
Um rato mamãe orgulhoso com seus descendentes. A mãe rato nesta foto nasceu de duas mães e viveu o que os cientistas consideraram ser uma vida normal e saudável. (Le-Yun Wang / Academia Chinesa de Ciências) O desafio é que esses espaços e pontuações em cada genoma precisam se alinhar corretamente - algo que acontece naturalmente com os pais homem-mulher. Esse fenômeno mimado é chamado de impressão genômica e é crítico para a reprodução de mamíferos. Se as cópias dos pais de um desses genes normalmente “imprimidos” forem acionadas acidentalmente, as conseqüências podem ser desastrosas, produzir fetos que aumentam de tamanho, lutar para adquirir nutrientes ou até mesmo falhar em chegar ao termo.
Para cientistas que tentam criar mamíferos com pais do mesmo sexo, o processo necessário de impressão genômica apresenta um grande obstáculo. Por volta de meados do século 20, quando os cientistas fizeram algumas das primeiras tentativas de produzir embriões de camundongos com dois genomas femininos, não demorou muito para que a matemática da fusão dos ovos ficasse confusa. Ambas as metades das instruções genéticas refletiam o imprinting materno, desativando e ativando as mesmas regiões do genoma - e sem a parte paterna da equação, alguns genes estavam sendo superexpressos, enquanto outros nunca eram propriamente ligados.
Mais recentemente, uma coorte de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências, liderada pelos principais autores Wei Li, Qi Zhou e Bao-Yang Hu, decidiu experimentar um novo conjunto de ferramentas para resolver o problema. Maximizar suas chances de produzir filhos saudáveis de pais do mesmo sexo significava começar com as células menos impressas possíveis - células que ainda não tinham pontuação no código genético. Assim, os pesquisadores geraram um conjunto incomum de óvulos e espermatozóides, apagando algumas das marcas impressas no genoma, essencialmente voltando o relógio nessas células reprodutivas até que se parecessem com o primeiro rascunho não editado do manuscrito genético.
Armados com um arsenal de células “limpas”, os pesquisadores começaram a criar camundongos bimaternos. Para imitar a masculinidade, eles acrescentaram sua própria versão do imprinting paterno a um óvulo limpo, retirando de seu genoma três regiões impressas. Essa técnica essencialmente excluía parágrafos inteiros ou capítulos do manuscrito genético do óvulo, transformando-o em uma célula reprodutiva que funcionava mais como um espermatozóide. Eles então injetaram a célula recém-manipulada em um óvulo normal de outro camundongo fêmea.
Para seu espanto, 14% desses embriões bimaternais - 29 ratos no total - nasceram fêmeas saudáveis (sem um cromossomo Y na mistura reprodutiva, os machos eram uma nonentity garantida). Vários dos camundongos bimaternais cresceram até para dar à luz seus próprios filhotes saudáveis (desta vez através de um meio mais natural de concepção). Até onde os pesquisadores puderam saber, os camundongos órfãos eram física e comportamentalmente saudáveis - mas Zhou ressalta que pode haver deficiências nesses camundongos que a equipe ainda não descobriu.
Um desafio ainda maior surgia à frente - os ratos bipaternos. Um filhote de rato com duas mães foi criado pela primeira vez em 2004 (embora com taxas de sucesso muito menores do que o mais novo trabalho realizado). Ratos sem pai eram, de certa forma, notícias antigas. Camundongos sem mãe, por outro lado, seriam “incríveis”, diz Hugo Creeth, cujo trabalho não-afiliado na Universidade de Cardiff também se concentra na impressão genética.
Um dos principais desafios do nascimento de um rato com material genético de dois machos, de acordo com a bióloga de desenvolvimento da Universidade da Pensilvânia Marisa Bartolomei, é que há muito mais imprinting que precisa acontecer no genoma da mãe para que ele se junte ao pai. O trabalho extra requerido para fazer um genoma masculino se comportar como um genoma feminino pode ser parte da razão pela qual a reprodução unissex na natureza se inclina para os acoplamentos feminino-feminino. (Embora alguns répteis, anfíbios e peixes sejam capazes de acasalamento apenas feminino, apenas uma espécie - o zebrafish - já produziu descendentes sem informação materna e apenas em laboratório).
"[Parece que] em comparação com a reprodução bimaternal, mais obstáculos precisam ser cruzados na barreira da reprodução biparmonal", diz Li.
Apesar dos desafios, os pesquisadores conseguiram gerar descendentes vivos usando apenas DNA de dois pais do sexo masculino. Um espermatozoide modificado teve seis regiões genéticas removidas para torná-lo mais parecido com um genoma feminino, e depois foi combinado com o esperma normal dentro de um óvulo feminino vazio. (Vazios ou não, ainda é necessário um compartimento enviesado para reunir espermatozóides e espermatozóides.) Esses estranhos embriões híbridos - cascas de ovos literalmente contendo doses duplas de DNA paterno - foram então transferidos para uma mãe substituta de ratos.
Os cientistas podem criar camundongos com dois pais, mas nascem com defeitos graves e não sobrevivem até a idade adulta. (Le-Yun Wang / Academia Chinesa de Ciências) Pouco mais de um por cento da descendência sobreviveu. Infelizmente, todos os filhotes nasceram com defeitos graves e morreram quase imediatamente. Quando os pesquisadores removeram uma sétima região impressa dos espermatozóides editados, no entanto, eles dobraram a taxa de sobrevivência. Os filhotes ainda não cresceram até a idade adulta, mas, mesmo assim, o método funcionou, e a viabilidade de vida curta da prole foi monumental.
"Isso realmente mostra que a impressão é o bloco para o desenvolvimento uniparental", diz Bartolomei. “Conhecemos isso da perspectiva materna, mas agora, com os bipaternais, é o primeiro.”
Segundo Li, o próximo passo é melhorar a longevidade de camundongos bipaternos. Ainda não está claro o que está matando os ratos com dois pais genéticos - é possível que existam outras regiões gravadas criticamente que ainda precisam ser geneticamente "gerenciadas", diz Bartolomei.
Na verdade, é um pouco de admiração que tão poucas manipulações genéticas tenham sido suficientes para transformar o genoma de um sexo em algo parecido com o outro. Existem mais de 150 genes que se acredita terem sido impressos em camundongos - e a lista está sempre crescendo - mas nem todos esses genes são críticos para o nascimento de descendentes vivos.
Embora a nova técnica de modificação genética tenha trabalhado para criar camundongos de um único sexo, Mainieri adverte que seria necessário um “grande e enorme passo” para repetir esses experimentos em outros mamíferos, incluindo humanos. Embora Li, Zhou, Hu e seus colegas estejam ansiosos para algum dia passar para os primatas, não há garantias de que as marcações no manuscrito genético de uma espécie se traduzirão facilmente em outras.
Ainda assim, essas novas descobertas significam um avanço na compreensão dos cientistas sobre o papel do imprinting genômico na reprodução de mamíferos. Além disso, há vários distúrbios que se originam da impressão inadequada no genoma - por isso, mesmo se os bebês sem mãe ou sem pai não estiverem no horizonte, a simples compreensão dessas peculiaridades genéticas poderia mudar nossa abordagem da medicina.
“Com esse conhecimento, temos a capacidade de ler as frases ou parágrafos [de texto genômico] de uma forma que nunca tivemos antes”, diz Mainieri. "E isso é enorme."
