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Pesquisadores reconstruíram com sucesso o genoma e as estruturas cromossômicas 3D de um mamute lanoso de 52.000 anos, um avanço usando DNA antigo preservado por liofilização. Crédito: SciTechDaily.com
Um estudo inovador mapeou o genoma e a arquitetura cromossômica 3D de um mamute lanoso de 52.000 anos, revelando detalhes de sua atividade genética e oferecendo novas perspectivas para pesquisas sobre desextinção.
Uma equipe internacional de pesquisadores montou o genoma e as estruturas cromossômicas 3D de um mamute lanoso de 52.000 anos. Esta é a primeira vez que tal feito foi alcançado por qualquer animal antigo ADN amostra.
Os cromossomos fossilizados, que são cerca de um milhão de vezes maiores do que a maioria dos fragmentos de DNA antigos, fornecem insights sobre como o genoma do mamute era organizado dentro de suas células vivas e quais genes estavam ativos dentro do tecido da pele do qual o DNA foi extraído. Esse nível sem precedentes de detalhes estruturais foi retido porque o mamute passou por liofilização logo após sua morte, o que significa que seu DNA foi preservado em um estado semelhante ao vidro.
Os resultados são apresentados hoje (11 de julho) na revista Célula.
Uma foto de um pé de mamute em um ambiente de permafrost. Crédito: Love Dalen
Avanços na Arquitetura Genômica
“Este é um novo tipo de fóssil, e sua escala supera a de fragmentos individuais de DNA antigo — um milhão de vezes mais sequência”, diz o autor correspondente Erez Lieberman Aiden, Diretor do Centro de Arquitetura do Genoma do Baylor College of Medicine. “É também a primeira vez que um cariótipo de qualquer tipo foi determinado para uma amostra antiga.”
Conhecer a arquitetura tridimensional de um genoma fornece muitas informações adicionais além de sua sequência, mas a maioria dos espécimes de DNA antigos consiste em fragmentos de DNA muito pequenos e embaralhados. Com base no trabalho de mapeamento da estrutura 3D do genoma humano, Aiden pensou que se a amostra certa de DNA antigo pudesse ser encontrada — uma com a organização 3D dos fragmentos ainda intacta — seria possível usar as mesmas estratégias para montar genomas antigos.
Preservação de DNA sem precedentes
Os pesquisadores testaram dezenas de amostras ao longo de cinco anos antes de chegarem a um mamute-lanoso excepcionalmente bem preservado que foi escavado no nordeste da Sibéria em 2018. “Achamos que ele secou liofilizada espontaneamente logo após sua morte”, diz a autora correspondente Olga Dudchenko do Center for Genome Architecture do Baylor College of Medicine. “A arquitetura nuclear em uma amostra desidratada pode sobreviver por um período de tempo incrivelmente longo.”
Para reconstruir a arquitetura genômica do mamute, os pesquisadores extraíram DNA de uma amostra de pele retirada atrás da orelha do mamute. Eles usaram um método chamado Hi-C que permite detectar quais seções de DNA provavelmente estão em proximidade espacial e interagem entre si em seu estado natural no núcleo.
Insights sobre a genética do mamute lanoso
“Imagine que você tem um quebra-cabeça com três bilhões de peças, mas não tem a imagem do quebra-cabeça final para trabalhar”, diz o autor correspondente Marc A. Marti-Renom, professor de pesquisa do ICREA e genomicista estrutural no Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) e no Centre for Genomic Regulation (CRG) em Barcelona. “O Hi-C permite que você tenha uma aproximação dessa imagem antes de começar a juntar as peças do quebra-cabeça.”
Então, eles combinaram as informações físicas da análise Hi-C com o sequenciamento de DNA para identificar as seções de DNA interativas e criar um mapa ordenado do genoma do mamute, usando os genomas dos elefantes atuais como modelo. A análise revelou que os mamutes lanosos tinham 28 cromossomos — o mesmo número dos elefantes asiáticos e africanos atuais. Notavelmente, os cromossomos fossilizados do mamute também retiveram uma enorme quantidade de integridade física e detalhes, incluindo o nanoescala laços que colocam fatores de transcrição em contato com os genes que eles controlam.
Ao examinar a compartimentalização de genes dentro do núcleo, os pesquisadores conseguiram identificar genes que estavam ativos e inativos dentro das células da pele do mamute — um proxy para epigenética ou transcriptômica. As células da pele do mamute tinham padrões distintos de ativação genética em comparação com as células da pele de seu parente mais próximo, o elefante asiático, incluindo genes potencialmente relacionados à sua lanosidade e tolerância ao frio.
Implicações para os esforços de desextinção
“Pela primeira vez, temos um tecido de mamute lanoso para o qual sabemos aproximadamente quais genes foram ligados e quais genes foram desligados”, diz Marti-Renom. “Este é um novo tipo extraordinário de dados, e é a primeira medida da atividade genética específica da célula dos genes em qualquer amostra de DNA antigo.”
Embora o método usado neste estudo se baseie em fósseis excepcionalmente bem preservados, os pesquisadores estão otimistas de que ele poderia ser usado para estudar outros espécimes de DNA antigos — de mamutes a múmias egípcias — bem como espécimes de museus preservados mais recentemente.
Para mamutes, os próximos passos incluiriam examinar os padrões epigenéticos de outros tecidos. “Esses resultados têm consequências óbvias para os esforços contemporâneos voltados para a desextinção do mamute-lanoso”, diz o autor correspondente M. Thomas Gilbert, um paleo-genomicista da Universidade de Copenhague e da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia.
Referência: “A arquitetura tridimensional do genoma persiste em uma amostra de pele de mamute lanoso de 52.000 anos” 11 de julho de 2024, Célula.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.06.002
Esta pesquisa foi apoiada pela Instituto Nacional de Saúdea National Science Foundation, a Welch Foundation, o McNair Medical Institute, a US-Israel Binational Science Foundation, o Ministério de Ciência e Inovação da Espanha, o European Research Council, o Swedish Research Council e a União Europeia.