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O significado oculto e os “limites de velocidade” encontrados no código genético

Sumário:
A velocidade é importante quando se trata de como o RNA mensageiro decifra informações críticas dentro do código genético – a cadeia complexa de instruções essenciais para a manutenção da vida. As descobertas dos investigadores dão aos cientistas novas informações críticas para determinar a melhor forma de envolver as células para tratarem doenças – e enfim, evitando que elas surjam desde o começo.


Cientistas do Case Western Reserve descobriram que a velocidade é importante quando se trata de como o RNA mensageiro (mRNA) decifra informações críticas dentro do código genético – a complexa cadeia de instruções essenciais para a manutenção da vida. As descobertas dos investigadores, que aparecem na revista Cell em 12 de março, dão aos cientistas novas informações críticas para determinar a melhor forma de envolver as células para tratarem doenças – e enfim, evitando que elas surjam desde o começo.

“Nossa descoberta é que o código genético é mais complexo do que sabíamos”, disse o pesquisador sênior Jeff Coller, PhD, professor associado da Divisão de Ciências Médicas Gerais, e diretor associado do Centro de Biologia Molecular do RNA, na escola de medicina da universidade Case Western Reserve. “Com essas informações, os pesquisadores podem manipular o código genético para obter resultados mais previsíveis de uma forma delicada.”

O código genético é um sistema de instruções incorporado dentro do DNA. O código indica a uma célula como produzir proteínas que controlam as funções celulares. O mRNA transmite as instruções do DNA para os ribossomos. Os ribossomos traduzem a informação contida dentro do mRNA e a produção da proteína instruída. O código genético compreende 61 palavras, chamadas de “códons”, e um único códon, que é uma seqüência de três nucleotídeos, instrui ao ribossomo como construir proteínas.

O código não só dita quais aminoácidos são incorporados às proteínas, mas também diz à célula o quão rápido eles devem ser incorporados. Com essas informações, os pesquisadores podem manipular o código genético para obter níveis previsíveis de proteína de forma delicada.”

O avanço mais significativo no trabalho do Case Western Reserve é que todas as palavras ou códons, no código genético são decifrados a taxas diferentes; alguns são decifrados rapidamente, enquanto outros são decifrados lentamente. A velocidade de como o mRNA descodifica a sua informação é a soma de todos os códons que ele contém. Este limite de velocidade imposto então acaba afetando a quantidade de proteínas produzidas. Às vezes, ir mais rápido é melhor para expressar um alto nível de proteína. Às vezes, ir mais devagar é melhor para limitar a quantidade de proteína. Algo importante: os códons são redundantes – muitas dessas palavras significam a mesma coisa.

Coller e seus colegas descobriram que cada um dos códons é reconhecido de forma diferente pelo ribossomo. Alguns códons são reconhecidos mais rápido do que outros, mas essas diferenças de velocidade são pequenas. Durante todo o percurso do mRNA, no entanto, cada pequena diferença de velocidade é poderosamente aditiva.

“Muitos códons significam a mesma coisa, mas eles influenciam a taxa de decodificação de forma diferente. Devido a isso, nós podemos mudar um mRNA sem alterar a sua sequência de proteína e fazer com que ele seja bem ou mal expresso e em qualquer lugar”, disse ele. “Podemos ajustar literalmente para cima ou para baixo os níveis de proteína de qualquer maneira que queremos, já que agora sabemos dessa informação.”

Durante a pesquisa, os investigadores mediram a velocidade de decaimento do mRNA para cada transcrição na célula. Eles estavam em busca de respostas para o porquê de diferentes RNAs terem estabilidades diferentes. Com análises estatísticas, os investigadores compararam as meias-vidas dos mRNAs para os códons utilizados dentro destas mensagens. Uma correlação forte apareceu entre a identidade do códon e a estabilidade da mensagem do mRNA. Eles então associaram essas observações ao processo de tradução do mRNA.

“Tradução e decaimento de mRNA estão intimamente ligados. Isso pode ser muito benéfico para os cientistas. Se você desejar quer um gene seja muito bem expresso, você simplesmente altera a sequência de proteína a ser obtida por todos os códons ótimos. Isso vai estabilizar o mRNA e fazer com que ele seja traduzido de forma mais eficiente”, disse Coller. “Se você precisa de um mRNA para expressar em um nível mais baixo, você o preenche com códons não ótimos. O mRNA será mal traduzido e, portanto, instável. A evolução usou a otimização dos códons para moldar a expressão do proteoma. Genes de função semelhante usam códons semelhantes; portanto, eles são expressos em níveis semelhantes”.

A descoberta de Coller tem uma variedade de implicações práticas para a medicina. Partindo de uma perspectiva de bioengenharia, técnicas de biologia molecular podem ser aplicadas para manipular o gene para conter códons ótimos e obter um padrão de expressão do gene que é mais vantajoso para a aplicação. De um ponto de vista da fisiologia humana, é possível aprender sobre o limite de velocidade para cada mRNA e, em seguida, determinar se isso pode mudar em patologias específicas, como o câncer. Atualmente, não se sabe se os códons trabalham com diferentes velocidades em doenças. Um direcionamento futuro de pesquisa será associar as velocidades dos códons para doenças específicas. Também existe potencial para desenvolver drogas que possam manipular a expressão gênica para um nível mais elevado ou mais baixo, alterando a taxa de descodificação.

A atividade dos códons também podem fornecer pistas importantes sobre a origem de muitas doenças que não têm sido associadas a mutações genéticas específicas. A alteração das taxas de decodificação, que são dependentes de códons, é capaz de alterar profundamente a função da proteína, e nenhuma mutação primária seria detectada. Assim, o problema não seria o próprio gene, mas os fatores que influenciam as taxas de decodificação. Esses limites de velocidade, que são dependentes dos códons, podem ser a causa que estaria por trás de categorias inteiras de doenças. Por exemplo, um estudo recente sugere que, em mais de 450 amostras diferentes de câncer, fatores que influenciam os limites de velocidade dependentes do códon poderiam estar mudando.

“O céu é o limite”, disse Coller. “Como essa descoberta é muito nova, não temos idéia de qual seria o potencial. O próximo passo é determinar se as mudanças na velocidade de decodificação podem ser um mecanismo subjacente que altera a expressão gênica em doenças humanas.”

Fonte:
O texto acima é baseado em conteúdo fornecido pela universidade Case Western Reserve.


Texto traduzido e adaptado de Science Daily.

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Como sabemos que o Design Inteligente é uma teoria científica?

Uma pergunta que eu sempre recebo é se o Design Inteligente pode ser classificado como uma “teoria científica”. A palavra “teoria” é usada tantas vezes como se todos estivessem de acordo com o seu significado. Para responder essa pergunta, em primeiro lugar, devemos considerar o significado da palavra “teoria”.

O filósofo Peter Kosso explica que chamar alguma idéia de “teoria” diz muito pouco sobre o grau de certeza na qual a idéia se apoia. Como ele afirma, “nem lei e nem teoria” tratam sobre algo verdadeiro ou falso ou sobre algo ser bem testado ou especulativo. Na visão de Kosso, uma teoria “descreve aspectos da natureza que estão além do que podemos observar e descreve aspectos que podem ser usados para explicar o que podemos observar”. Assim, “algumas teorias são verdadeiras (teoria atômica) enquanto algumas são falsas (teoria calórica), e o método científico é o que nos direciona para decidir qual é qual”.

A Teoria do Design Inteligente (TDI) se encaixa nessa definição de teoria? Sim, ela se encaixa. A TDI é uma teoria de detecção de design, nos permitindo explicar como determinados aspectos de complexidade biológica e outras complexidades naturais surgiram. Por isso, usa o método cientifico para fazer suas afirmações.

O método científico é comumente descrito como um processo de quatro etapas que envolvem observação, hipótese, experimentos e conclusão. A TDI começa com a observação de que agentes inteligentes produzem Informação Complexa e Específica (ICE). Os teóricos do Design Inteligente (chamados de inteligentistas) levantam a hipótese de que, se um objeto natural foi concebido, este irá conter altos níveis de ICE. Os cientistas, em seguida, realizam testes experimentais sobre os objetos naturais para determinar se eles contêm informações complexas e específicas. Uma maneira fácil para testar a ICE é a Complexidade Irredutível, que pode ser testada por Engenharia Reversa em estruturas biológicas através de experimentos genéticos para determinar se eles exigem todas as suas peças para funcionar. Quando os cientistas desvendam experimentalmente a Complexidade Irredutível em uma estrutura biológica, eles concluem que ela foi projetada.

Conhecendo a definição de “teoria” dos mais eminentes criticos do DI

Embora Peter Kosso possa discordar, acredita-se que a TDI se enquadra em sua definição de “teoria”. Mas como foi sugerido acima, existem muitas definições de “teoria” por aí. Como podemos saber se a TDI é uma teoria científica? Tome a definição de “teoria” fornecida pelos críticos científicos mais eminentes da TDI e se ela satisfizer a definição, então há uma boa chance da TDI ser considerada devidamente como uma teoria científica.

Provavelmente os opositores científicos mais eminentes da Teoria do Design Inteligente possam ser encontrados entre os membros da Academia Nacional de Ciências dos EUA (National Academy of Sciences, NAS). Diferentemente de Peter Kosso, a NAS define “teoria” como uma ideia que está bem testada e bem suportada pelas evidências científicas:

  • “uma explicação bem fundamentada de algum aspecto do mundo natural que pode incorporar fatos, leis e hipóteses testadas” (Science & Creationism: A View from the National Academy of Sciences, National Academy Press, 1999);
  • “uma explicação detalhada de alguns aspectos da natureza, que é apoiada por um vasto conjunto de evidências” (Science, Evolution & Creationism, National Academy Press, 2008).

Mesmo que aceitemos a definição mais rigorosa da NAS sobre teoria, a TDI é mais do que qualificada.

Quando somos confrontados com testes múltiplos, é melhor dividi-lo em etapas. Se preenchemos todas as “etapas”, então somos aprovados no teste. Vamos usar esse método aqui para analisar se a TDI é uma teoria:

  1. A TDI deve fornecer “uma explicação de algum aspecto do mundo natural” e uma “explicação detalhada de alguns aspectos da natureza”;
  2. A TDI deve “incorporar muitos fatos, leis e hipóteses testadas”;
  3. A TDI deve ser “bem fundamentada” e “apoiada por um vasto conjunto de evidências”.

Etapa 1: A TDI deve fornecer “uma explicação de algum aspecto do mundo natural” e uma “explicação detalhada de alguns aspectos da natureza”.

A TDI não é apenas uma explicação de “algum aspecto do mundo natural”: na verdade ele explica muitos aspectos do mundo natural. Se apenas pensarmos em termos de grandes categorias, a TDI propõe que a causa inteligente é a melhor explicação para os eventos históricos, como:

  • A origem do ajuste fino do universo para a vida complexa;
  • A origem dos níveis extremamente altos de Informação Complexa e Especificada no DNA;
  • A origem de sistemas integrados necessários para o arranjo fisiológico dos animais;
  • A origem de muitos sistemas de Complexidade Irredutível encontrada em organismos vivos.

Assim a TDI realiza essa etapa: é uma explicação de muitos aspectos do mundo natural, sobretudo muitos aspectos da complexidade biológica.

Etapa 2: A TDI deve “incorporar muitos fatos, leis e hipóteses testadas”.

A TDI realiza facilmente essa etapa. Ela incorpora muitos fatos, leis e hipóteses testadas, incluindo:

  • As leis e constantes do universo conhecido e os coloca juntas em uma teoria unificada, para explicar porquê elas estão ajustadas para produzir parâmetros físicos favoráveis à vida;
  • Muitos fatos conhecidos sobre o sequenciamento do DNA, bem como as hipóteses testadas de que eles estão bem ajustados para executar funções biológicas;
  • Uma infinidade de hipóteses testadas sobre o abrupto aparecimento geológico de novos filos no registro fóssil, bem como numerosos fatos da bioquímica e biologia dos animais sobre o tipo e quantidade de informação integrada necessária para coordenar novos tipos de proteínas, tipos de células, tecidos e órgãos em novos arranjos fisiológicos funcionais;
  • Muitas hipóteses testadas sobre a presença de complexidade irredutível em sistemas biológicos, evidenciados por experimentos genéticos que têm mostrado que a Complexidade Irredutível é um fenômeno real;
  • A proposição de novas leis, como a Lei da Conservação da Informação, novos princípios sobre as causas de altos níveis ICE, novos métodos para medição de complexidade e informações funcionais, e novas hipóteses sobre a ubiquidade do ajuste fino em muitos aspectos da cosmologia e biologia.

Etapa 3: A TDI deve ser “bem fundamentada” e “apoiada por um vasto conjunto de evidências”.

Essa etapa é única, porque ela coloca “teoria” nos olhos de quem vê. Se você acha que a TDI está correta (ou seja, “bem fundamentada”), então ela vai se qualificar como uma teoria científica. Se você não acha que está correta, então você vai pensar que não é bem fundamentada e a TDI não será qualificada como uma teoria. Na prática, esta etapa mede questões subjetivas sobre o que as pessoas acreditam a respeito de uma idéia, ao invés de fazer perguntas objetivas sobre a natureza básica da idéia que está sendo proposta. É provavelmente em razão disso que pensadores cuidadosos como Peter Kosso excluem expressamente essa etapa de sua definição de “teoria”.

No entanto, a TDI também cumpre os critérios da NAS, e um vasto conjunto de evidências pode ser apresentado para defender a teoria. A TDI está bem fundamentada porque um número significativo de estudos confirmaram as previsões da teoria, tais como:

  • A física e a cosmologia continuam a descobrir níveis cada vez mais elevados de ajuste fino. Muitos exemplos podem ser citados, mas este é impressionante: a entropia inicial do universo precisou ter sido ajustada na proporção de 1 parte em 1010123 para que o universo fosse favorável a vida. Com uma diferença mínima nesse ajuste, não seria possível a vida no Universo. Novas teorias cosmológicas, como a Teoria das Cordas ou a Teoria do Multiverso apenas servem para barrar as perguntas sobre o ajuste fino, e acabam aumentando a necessidade desse ajuste;
  • Testes de sensibilidade mutacional mostram cada vez mais que as sequências de DNA são altamente ajustadas para gerar proteínas funcionais e executar outras funções biológicas;
  • Estudos da epigenética e da biologia de sistemas estão revelando mais e mais como os organismos são integrados (cibernética), da bioquímica até a macrobiologia, e mostrando funções celulares básicas incrivelmente bem ajustadas;
  • Experimentos genéticos demonstram Complexidade Irredutível, como no flagelo bacteriano, ou nas características de multimutação onde seriam necessárias várias mutações simultâneas para ganhar uma vantagem. Isto é mais ajuste fino.

A TDI é fundamentada por um vasto conjunto de provas que vão desde a física à cosmologia, da bioquímica à biologia animal, da biologia de sistemas e a epigenética à paleontologia. A TDI ultrapassa em muito as exigências definidas pela NAS sobre o que é uma “teoria”.

Texto traduzido e adaptado de Evolution News & Views.