Notícias científicas importantes: biólogos da Tufts University (EUA) conseguiram restaurar a capacidade de regenerar o tecido da cauda dos girinos.
Tal trabalho poderia ser considerado comum, senão por uma circunstância: o resultado foi alcançado de forma não trivial, por meio da optogenética, que se baseia no controle da atividade celular com o auxílio da luz.
O objetivo final de todos esses estudos é descobrir os mecanismos naturais que controlam o reparo de partes do corpo e aprender como ativá-los em humanos. Os girinos são perfeitos para essa tarefa, pois em um estágio inicial de desenvolvimento eles retêm a capacidade de substituir membros perdidos, mas então a perdem repentinamente. Se você cortar a cauda de indivíduos que entraram no chamado período refratário, eles não serão mais capazes de crescer novamente.
Os sistemas internos que controlam a regeneração ainda estão presentes em seus corpos, mas por algum motivo eles estão parados. Michael Levin e seus colegas os fizeram funcionar novamente, efetivamente voltando o tempo fisiológico.
O jeito que eles fizeram é ótimo. Um grupo de girinos sem cauda foi criado em um recipiente iluminado com flashes curtos de luz por dois dias; o outro vivia em completa escuridão. Como resultado, o tecido completo da cauda foi restaurado nos girinos do primeiro grupo, incluindo as estruturas da coluna, músculos, terminações nervosas e pele. Os segundos girinos não conseguiram superar as consequências da amputação, como deveria ser na sua idade.
Se parece um truque, é apenas parcialmente. Para entender por que isso aconteceu, você precisa explicar o princípio subjacente ao experimento. Na verdade, todos os animais no mesmo estágio do ciclo de vida foram submetidos a manipulações idênticas. A única coisa que distinguia os dois grupos era a presença ou ausência de iluminação. No entanto, a luz não foi a verdadeira causa da mudança. Servia como uma chave remota, ativando um fator que (não totalmente claro) acionou o processo de regeneração. Tal fator era a hiperpolarização dos potenciais transmembrana das células; ou, mais simplesmente, bioeletricidade.
A optogenética torna relativamente fácil projetar um experimento. As moléculas de mRNA da proteína fotossensível arquerodopsina foram injetadas em girinos. Isso levou ao fato de que depois de algum tempo na superfície das células comuns localizadas na espessura do tecido, apareceram “proteínas de bomba”. Quando estimulados com luz (e somente neste caso), induzem a corrente de íons através da membrana, alterando assim seu potencial elétrico.
Na verdade, além das bombas de membrana ativadas por luz, os cientistas não ofereceram nada para ajudar os girinos. No entanto, apenas um efeito nas propriedades elétricas das células foi suficiente para desencadear uma cascata complexa de processos de regeneração no corpo. Por sua vez, graças à optogenética, é tão fácil como descascar peras para causar essas mudanças de fora, basta iluminar o girino.
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A regeneração continua sendo um dos principais mistérios da biologia. Em 2005, a revista Science incluiu a seguinte questão entre os 25 problemas mais importantes que a ciência enfrenta: O que controla a regeneração de órgãos? Infelizmente, os cientistas ainda não foram capazes de entender completamente por que alguns animais, em qualquer estágio de suas vidas, restauram livremente as partes perdidas do corpo, enquanto outros perdem essa capacidade para sempre. Era uma vez, seu corpo sabia como fazer crescer um olho ou um braço.
Foi há muito tempo, no início da vida de um embrião. Os especialistas estão interessados em saber onde esse conhecimento desaparece e se é possível revivê-lo em um adulto. No momento, a busca da maioria dos biólogos está focada principalmente na expressão de genes ou sinais químicos. No laboratório de Michael Levin, eles esperam encontrar a resposta para o enigma da regeneração em outro fenômeno, a bioeletricidade, e essas esperanças, aparentemente, têm fundamento.
O fato de correntes elétricas estarem presentes em um organismo vivo é conhecido desde a época dos experimentos de Galvani. No entanto, poucos estudaram seu impacto no desenvolvimento tão de perto quanto Levin. A bioeletricidade há muito tem a chance de se tornar um tópico valioso para experimentos, mas a revolução molecular na biologia na segunda metade do século 20 empurrou o interesse da pesquisa neste assunto para as margens da ciência.
Levin, vindo do campo da modelagem computacional e da genética, empregando os métodos mais modernos que estavam ausentes de seus antecessores, na verdade retorna essa direção ao mainstream biológico. Seu entusiasmo se baseia na crença de que a eletricidade é um fenômeno físico básico, e a evolução não poderia deixar de usá-la em processos fundamentais, como o desenvolvimento do organismo.
Ao alterar o potencial transmembrana das células, o cientista pode instruir os tecidos do girino a desenvolverem um olho em uma área predeterminada do corpo. Uma fotografia de um sapo de seis patas está pendurada na parede de seu laboratório. Membros adicionais apareceram nela apenas como resultado da exposição a biocorrentes elétricas. Ao contrário dos neurônios, as células comuns são incapazes de disparar, mas podem transmitir sinais de maneira consistente por todo o corpo por meio das junções comunicantes. Se uma planária, um minúsculo verme que pode se regenerar, tiver a cauda cortada, uma solicitação é enviada à cabeça da área de corte para garantir que ela esteja no lugar. Bloqueie a transmissão desta informação e uma cabeça crescerá em vez da cauda pretendida.
Ao manipular vários canais iônicos que determinam as propriedades elétricas das células, os cientistas em seus experimentos produziram vermes com duas cabeças, duas caudas e até vermes de design incomum com quatro cabeças. De acordo com Levin, quase sempre ouvia que suas idéias não deveriam funcionar. Ele confiou em sua intuição e, na maioria dos casos, ela não falhou.
Dessas tentativas ainda está muito longe do conhecimento total de como restaurar um membro em uma pessoa. Já os deficientes físicos contam apenas com o aprimoramento das próteses. No entanto, o laboratório único da Tufts University está procurando por algo ainda mais fundamental: como o código genético, acredita Levin, deve haver um código bioelétrico ligando gradientes e dinâmicas de tensão de membrana com estruturas anatômicas.
Com isso, será possível não só controlar a regeneração, mas também influenciar o crescimento de tumores. Levin os vê como consequência da perda de informações sobre a forma do organismo pelas células, e o estudo do problema do câncer é uma das tarefas de seu laboratório. Como costuma acontecer, processos aparentemente diferentes podem ter uma única natureza.
Se o código bioelétrico realmente está por trás da construção de vários órgãos do corpo, sua solução poderia lançar luz sobre dois dos problemas mais importantes que a humanidade enfrenta ao mesmo tempo.
