Leitura 1 - 1º Seméstre

Prévia do material em texto

DNA, VIDA E EVOLUÇÃO, CONCEITOS E QUESTIONAMENTOS 
 
 O Universo não é estático. Edwin Hubble (1889-1953) foi o responsável pela negação definitiva desta idéia tão 
monótona. As observações deste pesquisador levaram à conclusão de que o nosso universo estaria em expansão, com todas as 
partes (galáxias) se afastando uma das outras . 
 Uma das idéias mais aceitas sobre a origem do universo sustenta que no início toda a matéria estaria concentrada em 
um único ponto, com uma densidade que tenderia ao infinito. Há cerca de 20 bilhões de anos, no entanto ocorreu uma grande 
explosão (Big Bang) que desencadeou todo o processo que resultou no universo tal como conhecemos hoje. Sendo assim, 
parte-se da idéia de que o universo primordial era extremamente quente. Após a explosão ter-se-ia formado uma “sopa 
cósmica” e somente o resfriamento progressivo da matéria possibilitou a formação de nosso planeta com uma superfície fria 
(cerca de 4-4,5 bilhões de anos atrás). Atualmente especula-se duas hipóteses quanto ao futuro do universo. A primeira 
estabelece que ele permanecerá em eterna expansão (universo aberto), enquanto a segunda postula que o universo se expandirá 
até certo ponto e depois começará a se contrair (universo fechado). Com relação à Terra, a região central do “nosso” Sol está 
se movendo em direção à superfície, à medida que o hidrogêneo é consumido e transformado em hélio. Quando este núcleo de 
hélio alcançar um volume suficientemente grande - em cerca de 6 biliões de anos - o Sol se expandirá como um gigante 
vermelho e se afastará de sua posição atual. Nesta ocasião a superfície da Terra será suficientemente quente a ponto de derreter 
o chumbo, os oceanos ferverão, e evidentemente toda a vida será extinta. Falando em vida e na sua possível extinção, como ela 
teria surgido, ou ainda, como ela poderia ser definida ou conceituada? Perguntas como estas tem sido feitas a séculos e sempre 
tem despertado acirradas discussões. Alguns pesquisadores procuram responder a questão do que é a vida, através das 
propriedades necessárias para que um sistema seja considerado vivo, entre estas, as seguintes: (a) metabolismo (conjunto de 
processos através do qual se efetua a nutrição, com o fornecimento de energia ao organismo); (b) auto-reprodução (capacidade 
de autoduplicação); e (c) mutabilidade (possibilidade de alteração do “status quo”). Outra sugestão seria a de que os critérios 
para qualificar de um objeto como vivo seriam: (a) capacidade de se reproduzir; e (b) complexidade especificada (fins 
justificados para estruturas orgânicas). 
 Independente dos critérios utilizados para defini-la e das problemática pertinentes ao tema (questão do aborto, por 
exemplo), é certo que a vida em nosso planeta tem uma história de começo e meio, pelo menos até aqui. A idéia de que os 
seres vivos poderiam surgir espontaneamente da matéria não orgânica era prevalente entre os filósofos gregos, sendo 
perpetuada sem grandes questionamentos até o século XVII. Acreditava-se que camundongos podiam surgir de roupas sujas, 
enquanto as larvas de moscas, da carne exposta ao sol. O primeiro a pôr em dúvida seriamente essas crenças foi F Redi (1621-
1697), que através de engenhosos experimentos demonstrou que moscas não surgem espontaneamente da carne apodrecida. 
Apesar desta sugestão, a controvérsia da geração espontânea continuou, sendo somente com os estudos de L. Pasteur (1922-
1895) que esta idéia entrou em descrédito. Parece não ter sido acidental que o primeiro grande passo nesta nova etapa de 
estudos foi dado em uma sociedade que deliberadamente havia adotado uma filosofia materialista, sendo ativamente anti-
religiosa. Em 1923, na antiga URSS, A.I. Oparin propôs que a atmosfera da Terra deveria ter sido, no passado, diferente da de 
hoje. Ela não deveria conter oxigênio mas sim hidrogênio, além de outros compostos como o metano e amônia. Segundo 
Oparin, a matéria orgânica havia se formado espontaneamente (a geração espontânea teria se deslocado para o início da vida!!) 
em uma atmosfera como esta, sob a influência da luz do Sol, dos relâmpagos e das altas temperaturas. Sugestões semelhantes 
foram feitas por outro eminente pesquisador materialista, J.B.S. Haldane, na Inglaterra, no mesmo período. Porém, a 
confirmação experimental das idéias de Oparin e Haldene só ocorreu em 1953, quando S. Miller e colaboradores, demostraram 
que quantidades surpreendentemente grandes de compostos químicos (incluindo aminoácidos e açúcares) se formavam quando 
uma descarga elétrica passava através de uma atmosfera do tipo proposto por eles, e que em última análise deveria ser a 
atmosfera da Terra em épocas primordiais. Estes experimentos desencadearam uma série de outros, que vêm esclarecendo uma 
série de aspectos importantes relacionados ao problema. Entretanto, após os experimentos de Miller e seus colegas, 
especulava-se que dentro em breve se estaria gerando vida em laboratório, a partir de compostos químicos e situações 
controladas de meio ambiente. Porém, para a frustração de muitos, não se consegui este intento até hoje, salientando que a 
complexidade do tema é bem maior do que inicialmente poderia se supor. 
 Acredita-se, a partir dos conhecimentos atuais, que a origem da vida foi um fenômeno raro e que teria acontecido uma 
única vez na história de nosso planeta a cerca de 3,4-3,7 bilhões de anos antes do presente. Também acredita-se que a origem 
da vida se deu através de etapas, sendo que a primeira delas teria envolvido a evolução química e somente depois, a evolução 
biológica. 
Visto que termo evolução passará a se tornar frequente neste texto, e sem dúvida nenhuma, durante todo o decorrer da 
disciplina, torna-se oportuno conceituá-lo. A palavra evolução deriva do termo latino evolutivo e seu significado literal é 
desenrolar. Ela pode ser usada neste sentido ou em outros, muitos deles associados a idéia de mudança e uns tantos outros com 
a idéia de progresso. Porém a evolução também se processa no sentido da manutenção de estruturas que obtém sucesso. Um 
exemplo seriam as bactérias. As primeiras formas de vida eram criaturas muito semelhantes as bactérias dos tempos atuais. 
Isso significa dizer que estas últimas mudaram muito pouco nos últimos 3,4-3,7 bilhões de anos!! Porém, isso não significa 
dizer que elas não evoluíram. Neste caso, a evolução, com todos seus mecanismos, se processou no sentido de manter as 
formas de incrível sucesso (com a descoberta da penicilina imaginou-se que era uma questão de tempo acabar com as bactérias 
que promoviam doenças nos homens e em seus animais, porém passados alguns anos, aquelas que promovem muitas destas 
patologias “ressurgiram” com muito mais morbidade). Por outro lado, em algum lugar no passado algumas formas destes 
organismos primitivos mudaram, incorporando estas mudanças (só são importantes do ponto de vista evolutivo mudanças que 
podem ser passadas para as gerações seguintes) de uma maneira tão espetacular que levou a imensa diversidade das formas de 
vida que habitam ou já habitaram este planeta. 
No nosso caso, juntamente com um conjunto muito grande de outros organismos, evolução significou aumento de 
complexidade. Neste caso específico, evolução poderia ser sinônimo de progresso? Sim e não, pois ao mesmo tempo que 
desenvolvemos habilidades cognitivas não presentes em outros organismos (fala articulada em palavras, escrita etc) 
executamos ainda as mesmas premissas essenciais aos outros seres vivos, tais como a alimentação (metabolismo) e 
reprodução. Em última análise, tal como uma bactéria, nascemos, nos reproduzirmos e por fim, infelizmente, morremos. 
Talvez isso possa ser alterado no futuro, visto que as modernas técnicas da engenharia genética tem possibilitado, como nunca 
antes imaginado, a manipulação da vida. Bem, masessa já é uma outra problemática que será discutida oportunamente. 
Voltando a questão relacionada a vida e sua possível origem, torna-se evidente que muitos aspectos relacionados a ela 
são ainda sujeitos a controvérsias. Porém, existem dados científicos suficientes para certas afirmativas. Uma delas é de que os 
seres vivos apresentam um ancestral comum. Mas de onde vem esta certeza? Vem do fato de que o material genético de todas 
as formas de vida é o mesmo, ou seja, o DNA (existem algumas exceções, como é o caso dos retrovírus onde o material 
genético e o RNA). Imediatamente pode-se concluir que se ele está presente em todas as formas de vida deve ter surgido muito 
cedo, e devido a sua eficácia se manteve “reinando” absoluto como a molécula capaz de transmitir a informação hereditária. 
Mas onde estaria a origem desta molécula com capacidades tão importantes? Sua origem confunde-se com a origem da vida 
propriamente dito. Como mencionado acima antes da evolução biológica houve processos que envolveram evolução química, 
sendo que estes últimos podem ser resumidos, basicamente, em três etapas: (a) dos átomos ao monômeros; (b) dos monômeros 
aos polímeros; e (c) da molécula à célula. Quando se examina os processos vitais, verifica-se que apenas 29 moléculas são 
necessárias para o mínimo essencial. Elas incluem a glicose, como maior fonte de energia, lipídios, como uma forma de 
armazenar energia, os 20 aminoácidos que formam as proteínas, a ribose e sua derivada a desoxirribose, o ácido fosfórico, bem 
como cinco bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina, uracila e timina), entre outros. 
Em sistemas contemporâneos, os ácidos nucléicos (RNA ou DNA) não podem se replicar sem o auxílio de 
catalisadores protéicos bem definidos, enquanto que a síntese desses últimos (e de qualquer outra proteína de origem animal ou 
vegetal) é impossível sem a existência do RNA e/ou DNA. Como escapar deste tipo de problema “ovo-galinha”? Alguns 
pesquisadores inclinam-se para a hipótese de que os ácidos nucléicos primitivos (ou qualquer outra molécula relacionada com 
a mesma função) replicavam-se, além de exercerem seus demais papeis, sem o auxílio de outras substâncias. A descoberta 
recente das ribosimas (moléculas de RNA que catalisam reações específicas em substratos também de RNA) reforçam esta 
idéia. Esta descoberta também levou os pesquisadores a acreditarem que o RNA antecedeu ao DNA como molécula 
replicadora e capaz de armazenar, transmitir e expressar a informação hereditária. A substituição do RNA pelo DNA no reino 
orgânico teria ocorrido imediatamente ao surgimento deste último, visto que além das capacidades (replicar, armazenar, 
transmitir e expressar informações biológicas), era também uma molécula estável. Sua estrutura espacial em dupla-hélice, 
descoberta em 1953 por Watson e Crick , o que lhes rendeu o prêmio Nobel de Medicina anos depois, lhe garante espetacular 
estabilidade e durabilidade. O modelo dos dois pesquisadores mostrou também que as duas fitas do DNA se enrolam em torno 
do eixo da hélice. As desoxirriboses ficam externas como se fossem o corrimão de uma escada circular, expostas ao meio 
aquoso. Ligações fosfodiéster nas duas fitas estão em direção opostas (uma na direção 5`→ 3`e outra na direção 3` →5`), 
sendo assim, antiparalelas. Os anéis aromáticos das bases nitrogenadas são hidrofóbicos e orientados para o interior, quase que 
perpendicularmente ao eixo da hélice. As bases estão pareadas entre as duas fitas da molécula, mantendo a estrutura. O 
pareamento das bases é fundamental para a manutenção da dupla-hélice. Duas características das bases nitrogenadas são 
importantes: sua estrutura química e seu tamanho. A presença de grupo ceto (C=O) e amino (C-NH2) permite a formação de 
pontes de hidrogênio entre as bases. Desta forma T (timina) e U (uracila), que contém grupo ceto, podem parear com A 
(adenina), que contém o grupo amino, através de pontes de hidrogênio. C e G que contém tanto grupos ceto quanto amino, 
podem formar duas pontes de hidrogênio. Além disso, uma ponte de hidrogênio adicional pode ser formada entre os 
nitrogênios dos anéis aromáticos em todos os pares. Assim, entre T ou U e A são formados duas pontes de hidrogênio, 
enquanto entre C e G, três. As bases possuem ainda dois tamanhos: as pirimidinas (T e C) são menores que as purinas (A e G). 
Entretanto como os pares são formados por uma purina x pirimidina, os mesmos acabam tendo o mesmo tamanho e dimensões 
semelhantes, permitindo uma dimensão uniforme ao longo da molécula do DNA. Além disso, não existe nenhuma restrição 
quanto a sequência de nucleotídeos ao longo do DNA. Essas características de pareamento explicam o fato de que a relação 
A/T seja sempre igual a 1, o mesmo ocorrendo com relação a C/G, embora as concentrações de A/T e G/C variem conforme a 
sequência de DNA analisada. 
Mais recentemente aconteceu o que pode ser, não sem controvérsias, uma nova quebra de paradigma. Foi 
desenvolvida em laboratório a primeira célula com um genoma “sintético”. A célula hospedeira passou a se replicar e se 
diferenciar de acordo com o genoma implantado. Para a imprensa (ver abaixo), os pesquisadores (Craig Venter e equipe) 
criaram vida artificial, para os pesquisadores isso representou um passo extraordinário para novas descobertas e aplicações. 
 
 
Genética - Craig Venter anuncia a “célula sintética” - The New York Times 
 
O pioneiro da pesquisa genômica Craig Venter deu um novo passo em sua busca para criar vida artificial, ao sintetizar 
o genoma completo de uma bactéria e usá-lo para criar uma célula. Venter chamou o resultado de "célula sintética" e 
apresentou a pesquisa como um marco que abrirá o caminho para criar micróbios úteis para o surgimento de produtos como 
vacinas e biocombustíveis. 
Numa entrevista coletiva na quinta-feira, Venter descreveu a célula como "a primeira espécie auto-replicante que 
temos no planeta, cujo parente mais próximo é um computador". "Esse é um avanço filosófico, muito mais que um avanço 
técnico", disse, ao sugerir que a "célula sintética" trará novas questões sobre a natureza da vida. 
Outros cientistas concordam que ele alcançou uma façanha tecnológica ao sintetizar a maior parte do DNA até agora - 
um milhão de unidades de comprimento - e em torná-lo suficientemente precisos para substituir o próprio DNA da célula. 
A abordagem ainda é considerada uma promessa, porque serão necessários muitos anos para se desenhar novos 
organismos e o desenvolvimento na fabricação de biocombustíveis vem sendo obtido com abordagens tradicionais de 
engenharia molecular, nas quais organismos existentes são modificados. 
O objetivo de Venter é obter o controle total sobre o genoma da bactéria, primeiro sintetizando seu DNA em 
laboratório e depois desenhando um novo genoma despojado de suas funções naturais e equipado com novos genes que 
regulem a produção de produtos químicos úteis. "É muito poderoso ser capaz de reconstruir cada uma das letras em um 
genoma e isso significa que você pode colocá-los em genes diferentes", disse o biólogo do Instituto de Pesquisa Scripps, na 
Califórnia. 
Riscos - O presidente Barack Obama, na quinta-feira, em resposta ao relatório científico, pediu à comissão de bioética 
da Casa Branca um estudo completo dos temas envolvidos na biologia sintética para os próximos seis meses. Ele disse que o 
novo desenvolvimento levantou "preocupações reais" embora não especificasse quais eram elas. 
Venter deu o primeiro passo rumo ao objetivo da célula sintética há três anos, mostrando que o DNA de uma bactéria 
natural poderia ser inserido em outro e assumiria a operação da célula hospedeira. No ano passado, sua equipe sintetizou um 
pedaço de DNA com 1,08 milhão de unidades químicas de que o DNA é composto. No último passo, ogrupo liderado por 
Daniel Gibson, Hamilton Smith e Venter escreveu na edição da revista Science que o DNA sintético assume uma célula de 
bactéria da mesma forma que o DNA natural, fazendo as células gerarem proteínas específicas de acordo com a informação 
genética do novo DNA no lugar à de seu próprio genoma. 
A equipe comprou pedaços de DNA de mil unidades de comprimento da Blue Heron, empresa especializada em 
síntese de DNA, e desenvolveu uma técnica para montar comprimentos mais curtos dentro de um genoma completo. O custo 
do projeto foi de 40 milhões de dólares, a maior parte, pago pela Synthetic Genomics, uma empresa fundada por Venter. 
A bactéria utilizada é inadequada para a produção de biocombustíveis, e Venter afirmou que trabalhará agora com 
outros organismos. A Synthetic Genomics tem um contrato com a Exxon para gerar biocombustíveis a partir de algas. A Exxon 
pretende gastar 600 milhões de dólares se as metas forem cumpridas. Venter disse que pretende construir "um genoma inteiro 
de modo que as algas podem variar de 50 a 60 parâmetros diferentes para criar organismos superprodutivos." 
Em suas viagens de iate ao redor do mundo, Venter analisou o DNA de muitos micróbios na água do mar e agora tem 
uma biblioteca de cerca de 40 milhões de genes, principalmente a partir de algas. Esses genes serão um recurso para fazer as 
algas produzirem substâncias úteis em cativeiro, disse ele. 
Críticas - Alguns outros cientistas disseram que, além de montar um grande pedaço de DNA, Venter não abriu novos 
caminhos. "Em minha opinião, Craig deu importância exagerada à descoberta", disse David Baltimore, geneticista da Caltech. 
Ele descreveu o resultado como um "tour de force técnico," uma questão de escala no lugar de um avanço científico. "Ele não 
criou vida, só a imitou", disse Baltimore. 
A abordagem de Venter "não é necessariamente o caminho" para a produção de microorganismos úteis, disse George 
Church, pesquisador do genoma da Harvard Medical School. Para Leroy Hood, do Instituto de Sistemas Biológicos de Seattle, 
o estudo de Venter é "chamativo". 
Em 2002, Eckard Wimmer, da Universidade Estadual de Nova York, sintetizou o genoma do vírus da poliomielite. O 
genoma construído a partir de um vírus vivo da poliomielite infectou e matou ratos de laboratório. O trabalho de Venter sobre 
a bactéria é semelhante, em princípio, exceto que o genoma do vírus da poliomielite tem somente 7 500 unidades de 
comprimento, e do genoma da bactéria é 100 vezes maior. 
O grupo ambientalista Amigos da Terra denunciou o genoma sintético como uma nova tecnologia perigosa e afirmou 
que "Venter deveria parar todo o tipo de pesquisa antes que existisse uma legislação para elas". A cópia sintetizada do genoma 
de Venter veio de uma bactéria natural que infecta cabras. Ele garantiu que antes de copiar o DNA extirpou 14 genes 
possivelmente patológicos, de forma que a nova bactéria seria incapaz de causar danos. A afirmação de Venter de que criou 
uma célula "sintética" alarmou pessoas que imaginam que ele teria dado origem a uma nova forma de vida ou feito uma célula 
artificial. "É claro que isso é errado, seus ancestrais eram uma forma de vida biológica", disse Joyce, da Scripps. 
Venter copiou o DNA de uma espécie de bactéria e a inseriu em outra. A segunda bactéria produziu todas as proteínas 
e organelas na chamada "célula sintética", seguindo especificações implícitas na estrutura do DNA inserido. "Minha 
preocupação é que algumas pessoas vão chegar a conclusão que eles criaram uma nova forma de vida", diz Jim Collins, um 
bioengenheiro da Universidade de Boston. "O que eles criaram é um organismo com um genoma sintetizado natural. Mas isso 
não representa a criação da vida a partir do zero ou a criação de uma nova forma de vida", disse ele. 
 
 
EXERCÍCIOS PARA DISCUSSÃO 
1) Existiriam embasamentos para se inferir que todos os seres vivos apresentam em algum ponto o mesmo ancestral comum? 
2) Defina evolução. 
3) Seríamos nós mais evoluídos que os demais seres vivos? 
4) Indique algumas características que fizeram do DNA a molécula responsável, em última instância, pela existência da vida 
que conhecemos. 
5) A extinção de espécies é um fenômeno que faz parte da história das próprias espécies, ou originou-se recentemente pela 
ação humana? 
6) Mutação. Esta palavra, e o fenômeno que ela representa sempre reportam a algo deletério? 
7) Quais as perspectivas de uma técnica como a desenvolvida por Craig Venter e equipe?