DNA

Cientistas criam 'minicérebros' com DNA neandertal e veem diferenças no surgimento de neurônios

Os "minicérebros" são os chamados organoides corticais, simulações muito simplificadas da dinâmica do córtex cerebral

"Minicérebros" criados em laboratório por pesquisadores do Brasil e dos EUA contêm, no DNA de seus neurônios, uma pequena parte do material genético que existia em espécies humanas extintas, como os neandertais. A alteração desencadeou mudanças significativas na maneira como as células nervosas funcionam, o que pode ser um primeiro passo para estudar experimentalmente as diferenças cerebrais entre os seres humanos de hoje e seus parentes do passado.

Coordenado pelo biólogo brasileiro Alysson Muotri, que trabalha na Universidade da Califórnia em San Diego, o trabalho está saindo na edição desta semana do periódico especializado Science, um dos mais importantes do mundo. Também assinam o estudo cientistas da PUC-PR (Pontifícia Universidade Católica do Paraná) e da UFABC (Universidade Federal do ABC), em São Bernardo do Campo (SP).

"É algo que repercute mais fundo nas pessoas, por estar ligado a espécies tão próximas de nós e mais ainda por ter a ver com o cérebro", diz Alexandre Kihara, professor do Centro de Matemática, Computação e Cognição da UFABC e coautor do estudo. "Se fosse o coração de um neandertal, haveria algumas diferenças em relação a nós, claro, mas é um órgão que só bombeia sangue. Já o cérebro está por trás do que a gente pensa e sente."

Os "minicérebros" são os chamados organoides corticais, simulações muito simplificadas da dinâmica do córtex cerebral, medindo apenas alguns milímetros de diâmetro. Para criá-los, os pesquisadores, em primeiro lugar, manipularam geneticamente células-tronco pluripotentes, ou seja, que conseguem dar origem a qualquer tecido do organismo.

Tais células receberam a versão arcaica de um gene chamado NOVA1. Esse trecho do DNA humano contém a receita para a produção de uma proteína que regula a maneira como outros genes são "lidos" pelas células –a mesma região do DNA pode ser lida de maneiras bem diferentes, com repercussões importantes para o organismo. O gene NOVA1 desempenha esse papel justamente no caso de genes-chave para o desenvolvimento dos neurônios e das conexões entre eles - o que, claro, afeta o cérebro.

Como os cientistas já dispõem de dados bastante confiáveis sobre o DNA dos neandertais e de outra espécie humana extinta da Era do Gelo, os denisovanos (nativos da Sibéria), eles sabem que o NOVA1 é um dos genes que sempre são funcionalmente diferentes quando se comparam humanos modernos e as espécies arcaicas. Todas as pessoas de hoje estudadas até agora carregam uma mutação no NOVA1 que o distingue de sua versão ancestral (veja infográfico).

Daí, portanto, a ideia de inserir a forma arcaica do gene nas células-tronco humanas. Essas células foram cultivadas em laboratório de modo a se transformar em neurônios e formarem os organoides corticais. Ao mesmo tempo, "minicérebros" foram criados com a versão do gene presente em humanos modernos, para que fosse possível comparar o desenvolvimento dos dois tipos de organoides.

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Emergiram, então, vários tipos de diferenças entre os pequenos órgãos artificiais. Para começar, os que carregavam o gene arcaico tinham diâmetro menor e superfície mais rugosa que os formados por células com DNA "puro" de humanos modernos. Curiosamente, porém, os cérebros reais de neandertais e denisovanos não eram menores que os nossos, até onde se sabe.

Além disso, os organoides com o DNA arcaico carregavam células que se multiplicavam menos e com índices maiores de apoptose (morte celular programada) das células progenitoras neurais, ou seja, aquelas que dão origem aos neurônios considerados maduros. Por outro lado, a atividade eletrofisiológica dos organoides –ou seja, as mensagens transmitidas por impulsos elétricos entre eles– mostrou-se mais complexa nos que tinham a versão arcaica do gene, e não nos que carregavam o DNA totalmente moderno.

Segundo Kihara, uma explicação possível para esse dado paradoxal é o fato de que, pelo quesabemos, espécies humanas mais antigas, a exemplo do que vemos em primatas atuais, desenvolviam seu sistema nervoso de forma mais rápida que a dos seres humanos modernos. Do mesmo modo, os organoides com o gene arcaico formariam redes complexas mais velozmente do que os com genes modernos. No fundo, porém, isso não é exatamente uma vantagem para os arcaicos: é justamente o padrão de desenvolvimento cerebral relativamente lento que dá mais flexibilidade ao comportamento do Homo sapiens.

Trata-se apenas do começo do trabalho, é claro. Uma possibilidade a ser explorada é a simulação computacional dos efeitos das diferenças de conexões entre neurônios sobre a cognição – ou seja, será que a presença do gene arcaico mudaria a forma como os humanos extintos processavam informação? Também será possível, no futuro, explorar os efeitos de outras diferenças genéticas entre as espécies.

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