Evolução experimental em E. coli

Um importante estudo desenvolvido por cientistas de diversas instituições de pesquisa em diferentes países, inclusive brasileiras, foi publicado na edição de junho do Oxford Journal. Nesse artigo estão descritos os resultados das alterações regulatórias que apareceram em populações que se desenvolveram sob condições controladas durante a evolução experimental de Escherichia coli (E. coli), em uma cultura quimiostática com a quantidade de fosfato limitada.

Os estudos sobre evolução experimental servem como um meio para testar a teoria da evolução a partir de experimentos reprodutíveis. Normalmente, as espécies utilizadas nesses experimentos são aquelas com menor intervalo entre gerações, altas taxas de mutação, grandes populações e de tamanhos pequenos, características essas que aumentam a viabilidade desse tipo de experimento em âmbito laboratorial. Isso não impede que outras espécies de organismos possam ser utilizadas para esse tipo de experimento.

Nessa pesquisa, os cientistas sequenciaram os genomas de cinco clones da E. coli com diferentes combinações de características fenotípicas, presentes em uma população após 37 dias. As populações isoladas continham distintas mutações em um dos três genes pleiotrópicos regulatórios - hfq, spoT, rpoS. O gene hfq, na presença de pequenos RNAs, é importante para o controle translacional da expressão do gene rpoS, assim como outras respostas ao estresse direcionadas por outros RNAs. O papel desempenhado pelo gene rpoS é importante para o redirecionamento da transcrição entre os estados vegetativo e de estresse, causados pela ausência de alimento na E. coli e em outras bactérias.   

Essas diferentes mutações compartilham um benefício comum, entretanto, cada uma delas redireciona recursos celulares longe do local de resposta ao estresse, o qual ocorre em ambientes em constante seleção. A equipe de cientistas constatou que a mutação no gene hfq promove uma redução nas diversas repostas individuais ao estresse, assim como da ativação da tradução do gene rpoS, que é dependente de pequenos RNAs, e  consequentemente da resistência ao estresse de forma geral.     

A equipe pôde observar que a mutação no gene spoT causa uma redução nos níveis de ppGpp (Guanosina-tetrafosfato) – pequeno nucleotídeo que age como um regulador global da expressão gênica em bactérias – propiciando uma diminuição das respostas rigorosas, assim como a expressão do gene rpoS. Nesse mesmo gene, a mutação do tipo upstream (a montante) teve como resultado a perda parcial ou completa da resistência ao estresse geral.   

Essas observações levaram os pesquisadores a sugerir que a degeneração no núcleo regulador de estresse nas bactérias, oferece alternativas para as questões evolutivas. Os dados obtidos nos experimentos podem ajudar a explicar porque acontecem divergências nos fenótipos em ambientes onde a evolução é constante, assim como os saltos evolutivos e as radiações adaptativas envolvem a regulação do gene alterado.

10/09/2010
Arlei Maturano - Equipe Biotec AHG