Sobre os Genes Órfãos – Como Isso é Um Grande Problema para a Evolução?

Por Ann Gauger (Adaptação)

Genes órfãos – genes que estão presentes em apenas uma espécie, ou um grupo de espécies intimamente relacionadas – são de particular interesse para os defensores do design inteligente. A razão disso tem a ver com os pressupostos da biologia evolutiva.

O principal pressuposto evolucionário é a descendência comum, isso é, de que toda a vida é descendente de um ou de alguns ancestrais. A partir disso, e tomado como prova disso, está a suposição de que toda a vida compartilha informação genética conforme grau de parentesco. Antes do advento do sequenciamento generalizado do genoma, supunha-se que os seres vivos compartilhavam genes, que havia um conjunto de genes domésticos de controle e um conjunto de genes específicos de um grupo taxonômico, embora estes fossem poucos em número. Supunha-se que a grande maioria dos genes seria encontrada em vários lugares nos genomas dos seres vivos. O motivo? Supunha-se que obter novos genes era difícil e, uma vez encontrada uma solução viável, ela seria preservada nos descendentes que se seguiram. A maior parte dos genes teria sido inventada no início da evolução e, portanto, seria amplamente compartilhada.¹

Nota do autor ¹: Contra esta narrativa histórica de Ann Gauger eu possuo um artigo sobre Sanger (1952) escrito pelo amigo dela, Cornelius Hunter, também do Evolutions News. Creio, portanto, que neste ponto a narrativa dela está errada ao menos para parte da comunidade científica.

Quando tudo mudou

Mas tudo isso mudou quando muitos genomas foram sequenciados e suas transcrições analisadas. Em cada genoma, ou cada grupo taxonômico, como bivalves ou insetos, possuíam genes únicos, encontrados apenas nesse grupo ou espécie. Isso foi uma surpresa. Inicialmente, foi atribuído a amostragem incompleta. Quanto mais genomas foram sequenciados, pensava-se, a singularidade acabaria por ser ilusória. Outros organismos carregariam esses genes. Como explicação relacionada, a dispersão de sua distribuição pode ser devida à transferência horizontal de genes ou à perda de genes. A hipótese era que o que parecia ser único era assim porque era o resultado de uma transferência rara entre espécies e não identificamos a fonte. Ou o que antes era difundido se perdera ao longo do tempo evolutivo.

Essas explicações provaram não serem verdadeiras. Primeiro, quanto mais genomas sequenciados, mais a proporção de órfãos deve diminuir, à medida que mais e mais “órfãos” deveriam estar presentes em outros genomas. Mas isso não e mostrou ser o caso. A montanha de genes órfãos está crescendo, não diminuindo. Da mesma forma, a transferência horizontal de genes não aconteceu. Os genes irmãos dos órfãos deveriam ter sido encontrados à medida que o tamanho da amostra aumentava, reduzindo a proporção de genes órfãos. Quanto à perda genética como explicação, teria que ser muito volumosa para ser realista para explicar os padrões observados (ver Um Padrão Suspeito de Deleções).

Uma última possibilidade. Os órfãos poderiam estar relacionados a outros genes, mas suas sequências poderiam divergir tanto a ponto de serem irreconhecíveis. Apenas suas estruturas de proteínas poderiam revelar parentesco. Isso também não foi o caso nos estudos que determinaram estruturas de proteínas órfãs.

Uma mudança no mar no pensamento evolutivos

Então, qual é a solução? Se você é um biólogo evolucionário, é simples . Você decide que deve ser fácil obter novos genes diretamente de DNA aleatório (não-codificante), ou por inserção/ deleção ou sobreposição (o que equivale a seqüência aleatória) em genes. Isso representa uma mudança radical no pensamento evolucionário.

Agora segure isso: Dizer que é fácil obter novos genes do DNA por esses métodos anula uma grande expectativa darwiniana. Em 1977, em seu famoso artigo “Evolution and Tinkering”, que foi citado milhares de vezes, o Prêmio Nobel François Jacob explicou a visão aceita de como a evolução construiu novos genes:

… Uma vez que a vida tivesse começado na forma de algum organismo primitivo de auto-reprodução, uma evolução posterior teria que passar por alterações de compostos já existentes. Novas funções desenvolvidas como novas proteínas apareceriam. Mas estas eram apenas variações de estruturas anteriores. Uma sequência de mil nucleotídeos codifica uma proteína de tamanho médio. A probabilidade de que uma proteína funcional apareça de novo por associação aleatória de aminoácidos é praticamente zero. Em organismos tão complexos e integrados como aqueles que já viviam há muito tempo, a criação de sequências de nucleotídeos inteiramente novas não conseguiria ter qualquer importância na produção de novas informações . [p. 1164; enfase adicionada.]

Novos genes devem surgir de genes preexistentes, deixando o sinal de ancestralidade em suas sequências estreitamente relacionadas (isto é, homólogas), porque a probabilidade da alternativa é “praticamente zero”. É por isso que a descoberta de genes órfãos, que não mostram homologia para outras sequências, foi uma grande surpresa.

Nenhum problema, você diz?

“Sem problemas. Não é isso que a ciência deveria ser? ”Disse um evolucionista para mim. “Adaptar sua teoria para se adequar aos fatos?”

Bem, as teorias têm que ser passíveis de falsificação também. Eles só podem ser “elásticas” até certo ponto.

Então, como podemos saber se os genes são fáceis de serem obtidos ou difíceis? Testando essas alternativas no laboratório.

Atualmente, a teoria preferida para o surgimento de novos genes é pegar um trecho de DNA que não esteja sendo transcrito no RNA, então deixá-lo adquirir os sinais necessários para a transcrição, e então esperar que esse novo trecho transcrito tenha alguma função, seja como RNA ou depois de ser traduzido em proteína. 

Isto é, de fato, como os genes órfãos são descobertos. Um trecho de RNA transcrito é feito de uma espécie a partir do DNA que em uma espécie irmã não produz RNA. Mais trabalho em seguida determina se o RNA é traduzido em proteína e, finalmente, se a proteína tem uma função.

Mas para que esse cenário de criação de genes órfãos funcione, sequências funcionais de proteínas devem ser facilmente descobertas, ao alcance de uma busca evolutiva a partir de um trecho de DNA não funcional existente. Os evolucionistas tendem a pensar que tal coisa acontece com facilidade. Processos evolutivos podem produzir um novo gene ou estrutura ou atividade química facilmente. Isso deve ser verdade se os processos evolutivos forem a explicação para os genes órfãos.

A raridade das dobras funcionais de proteínas

Em contraste, os defensores do ID acham que é muito difícil obter a função de uma sequência aleatória. Há uma razão definida para isso. Experimentos do Dr. Douglas Axe mediram a raridade de dobras de proteínas funcionais no espaço de seqüência (apenas 1 em 10^77 proteínas formam uma dobra com uma função alvo, um número muito, muito, muito pequeno) [ver O Design Biológico das Proteínas – Engenharia da Exaustão]. Se as proteínas funcionais são muito raras no espaço de seqüência, isso torna muito difícil obter novos genes ou estruturas ou atividades químicas. Outros encontraram resultados semelhantes quando procuraram os requisitos para produzir uma atividade enzimática. Outros, ao procurar tipos simples de atividade, como se encaixar em uma coluna carregada com um substrato como o ATP, obtiveram números que estão concebivelmente dentro da faixa de processos evolutivos. Apenas se encaixar em uma coluna não é tão exigente quanto realizar uma reação enzimática. 

Há fortes pontos de vista quanto à confiabilidade dos vários métodos. Como os vários experimentos são julgados tendem a ser influenciados pela visão particular de alguém sobre a questão da evolução. Então, o melhor é fazer mais experimentos, que é precisamente o que a comunidade científica está fazendo. 

O trabalho está em andamento agora em muitos laboratórios para testar a questão de como é difícil obter um gene órfão de uma seqüência não codificadora. Alguns estão perguntando como é difícil obter um promotor (necessário para promover a transcrição ativa). Alguns estão perguntando como é provável que a seqüência aleatória tenha função. O ponto crítico, literalmente, parece ser que sequências aleatórias não se dobram adequadamente e são insolúveis na água. Eles agregam. Isso dificulta a maioria dos tipos de funções, para dizer o mínimo. Por último, qual é a probabilidade de a função ser realmente útil? Veremos.

Se Doug Axe estiver certo (e lembre-se, ele não é o único pesquisador que descobriu que as proteínas funcionais são muito raras no espaço de seqüência), então obter um gene órfão por um processo evolutivo é extremamente improvável. Mas os genes órfãos são possíveis, talvez até mesmo esperados, sob uma perspectiva de design.

…

Original: Ann Gauger. About Orphan Genes — What’s the Big Problem for Evolution? November 6, 2018.

Via TDI BRASIL