pesquisas de variabilidade genética e biodiversidade

A variabilidade genética e sua importância para biodiversidade

Compreender a relação entre variabilidade genética e biodiversidade é a principal ferramenta na busca pelo equilíbrio entre evolução e preservação.
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Inúmeras iniciativas ao redor do mundo têm buscado compreender o impacto do ser humano no meio ambiente a sua volta, as consequências sobre a diminuição da biodiversidade e o que esperar para o futuro.

As considerações sobre a diminuição da biodiversidade abordam, em geral:

  • a identidade das espécies;
  • a diversidade funcional entre estas espécies (como as variações fenotípicas de uma determinada comunidade);
  • a diversidade evolutiva (como a distância filogenética entre espécies de uma comunidade).

No campo da genética, uma ferramenta de diversidade bastante discutida é a variação intraespecífica, também conhecida como variação genética.

O entendimento da variação genética dentro de uma mesma espécie tem auxiliado no desenvolvimento de medidas de preservação de diversas espécies. Além disso, a compreensão sobre variações genéticas em diferentes loci pode auxiliar na identificação de ameaças genéticas para populações, espécies e comunidades.

Até recentemente, muitas das aplicações filogenéticas, evolutivas e de conservação genética eram realizadas utilizando reações de PCR e considerando entre 1 e 20 loci. A maioria dos estudos envolviam sequenciamento de Sanger abrangendo marcadores nucleares ou loci de DNA mitocondrial ou, ainda, análises de fragmentos de aproximadamente 10-20 microssatélites.

Como consequência do avanço das novas tecnologias de sequenciamento, deu-se início a uma nova era de análise genética e, então, indivíduos e populações inteiras passaram a ser investigadas abordando de 1.000 a milhões de loci utilizando o Sequenciamento de Nova Geração (NGS).

Devido a esse avanço importante, ecologistas moleculares têm conseguido gerar enormes quantidades de dados em comparação aos marcadores tradicionalmente utilizados.

Relação entre biodiversidade e seres humanos

De acordo com o estudo de Stange e colaboradores (2019), é possível listar 18 pontos de Contribuição da Natureza para as Pessoas (NCP – Nature’s Contributions to People), onde as variações genéticas e a evolução contemporânea terão um efeito sobre essa contribuição. Os 18 pontos destacados são:

  • Criação e manutenção de habitat;
  • Polinização e dispersão por propagação;
  • Regulação da qualidade do ar;
  • Formação, proteção e descontaminação de solos e sedimentos;
  • Regulação dos impactos de perigos e eventos extremos;
  • Pragas, doenças e regulação de estresse;
  • Regulação do clima;
  • Energia;
  • Comida e alimentação;
  • Materiais e assistência;
  • Regulação da acidificação dos oceanos;
  • Recursos medicinais, bioquímicos e genéticos;
  • Inspirações de aprendizagem artística, científica e tecnológica;
  • Interações físicas e experimentais com a natureza;
  • Identidades de apoio: significado simbólico, envolvendo conexões espirituais, religiosas; e de identidade, coesão social e continuidade cultural;
  • Regulação da quantidade de água potável e sua localização;
  • Manutenção das opções.

A diversidade genética influencia a biodiversidade, e por consequência, a interação entre natureza e ser humano.

A expressão das características de uma determinada população em cada um dos pontos destacados pode resultar em uma nova comunidade, o que afeta a estrutura, a biodiversidade e os processos fundamentais do ecossistema e da comunidade.

A biodiversidade, os genes e o genótipo

As ferramentas de monitoramento da diversidade devem ser capazes de avaliar as condições de um determinado sistema, diagnosticar a causa das perdas de populações e prever mudanças futuras. No entanto, os estudos genômicos atuais ainda são muito complexos, e muitos dos métodos estatísticos acabam por não se enquadrar nesses critérios.

É interessante pensar que, em geral, a diversidade genética influencia a biodiversidade de duas maneiras:

  • Variações genéticas propriamente ditas;
  • Evolução contemporânea (variações em andamento que afetam a variação genética no futuro).

Com relação às variações genéticas consideradas padrão, dois conjuntos diferentes de variantes genéticas influenciam a biodiversidade através da expressão de fenótipos diferentes. A evolução contemporânea, por sua vez, compreende os modos com que a união da seleção natural com outros processos evolutivos (como mutações) alteram a distribuição de características genéticas, de modo a influenciar a biodiversidade.

O fenótipo dos seres é resultado da interação de seus genótipos com o ambiente em que se encontram. Sendo assim, a distribuição fenotípica de uma população (que pode ser alterada por mudanças diversas) acaba por influenciar padrões e processos na comunidade como um todo, uma vez que haja a interação dos fenótipos de diferentes espécies.

Dessa forma, temos o campo da genética populacional como responsável por estudar os efeitos da genética em uma determinada população.  

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Genética clássica, variabilidade genética e biodiversidade

Para entendermos o impacto das variações genéticas sobre a relação entre natureza e seres humanos, é necessário observar a questão do ponto de vista genômico. De fato, o conjunto genético de algumas espécies em particular fornece um cenário muito rico em informações que podem explicar diversos fenômenos de variabilidade e da biodiversidade.

Um exemplo de variabilidade genética é a especiação, o processo evolutivo pelo qual as populações de uma determinada espécie evoluem para se tornar espécies distintas. O processo de especiação não é instantâneo, e progride a partir de populações isoladas, possivelmente submetidas a pressões seletivas, e que se tornam espécies não ambíguas ao longo do tempo.

O resultado dessa complexidade genômica é que os fenótipos e o potencial adaptativo das espécies necessitam do entendimento da variação genética e do contexto genômico, e esse entendimento é essencial para a compreensão do potencial adaptativo dos organismos e seus efeitos na comunidade e no ecossistema.

Variações genômicas estruturais, por exemplo, tem um papel importante durante a adaptação e especiação, e podem alterar a contribuição de um determinado organismo para a biodiversidade.

Estudos de Associação Genômica Ampla (GWAS) têm buscando compreender, também, a associação entre alelos específicos de um loci em particular, ou a combinação de vários locus, e qualidade ou quantidade de diferenças fenotípicas relacionadas. Dessa forma, diversos estudos têm demonstrado o impacto da variabilidade genética sobre o meio ambiente e sobre a biodiversidade.

A variabilidade genética resultante da edição gênica na manutenção da biodiversidade

Desde a publicação da técnica de DNA recombinante, que resultou no desenvolvimento da engenharia genética, muitas técnicas têm sido aprimoradas com objetivo de inserir ou deletar regiões do DNA, modulando a expressão de genes e, consequentemente, dos fenótipos observados.

Essa variabilidade genética “artificial” tem resultado no desenvolvimento de diversa novas possibilidades relacionadas a biodiversidade e a interação humana. Exemplos interessantes incluem as novas ferramentas biotecnológicas para geração de energia, sementes mais resistente para o cultivo agrícola, novos biomateriais, descontaminantes de água e solo, entre outros.

Alguns exemplos, ainda, incluem a aplicação de CRISPR-Cas para edição de genes que possam introduzir mutações benéficas em populações ameaçadas de alguma forma. Esse tipo de edição pode alterar uma determinada resistência a antimicrobianos ou deletar alelos de uma determinada população para alterar genes que possam estar relacionados com doenças.

O futuro da biodiversidade genética

Um exemplo de Organismos Geneticamente Modificados (OGM) muito próximo da nossa realidade são os alimentos transgênicos. Esses organismos oferecem um risco incerto para a biodiversidade, já que não se sabe qual será o impacto a longo prazo que essas alterações genéticas terão em outras espécies e comunidades ao seu redor.

Dessa forma, a pesquisa genética, especialmente o sequenciamento e a edição do DNA, pode trazer cada vez mais informações relacionadas a biodiversidade, ecossistemas e, então, direcionar como essas pesquisas podem se inserir no contexto de comunidades.

Os desafios computacionais para análise e interpretação de todas essas informações, e de como elas interagem entre si, serão cada vez menores ao passo com que o machine learning (aprendizado das máquinas) se desenvolva. Essa tecnologia já está sendo aplicada na genômica populacional, e tem sido muito importante para compreender e predizer as interações entre as espécies e o papel das comunidades.

Espera-se que quanto mais dados forem gerados, e quanto mais se conhecer sobre a genética das populações, mais ferramentas haverão para auxiliar inclusive na tomada de decisões importantes quanto ao manejo das espécies.

A variabilidade genética e a biodiversidade caminham lado a lado, uma interferindo e interagindo com a outra, e conforme a habilidade de quantificar e analisar variações genômicas se torna ilimitada, essa interação se será cada vez mais clara, permitindo infinitas aplicabilidades futuras.

Referências

  • Cohen, S. N., Chang, A. C. Y., Boyer, H. W. & Helling, R. B. Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro (R factor/restriction enzyme/ transformation/endonuclease/antibiotic resistance). Proc. Natl Acad. Sci. USA 70, 3240–3244. 1973.
  • Millennium Ecosystem Assessment. Ecosystems and Human Well-Being: Synthesis. Island Press. 2005.
  • Scheffers, B. R. et al. The broad footprint of climate change from genes to biomes to people. Science 354. 2016.
  • Stange, M., Barrett, R.D.H. & Hendry, A.P. The importance of genomic variation for biodiversity, ecosystems and people. Nat Rev Genet . 2020

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