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Organismos unicelulares e multicelulares: como seus genes essenciais diferem?
No mundo da biologia, a função dos genes é crucial para a sobrevivência e reprodução dos organismos. Estudos mostram que genes essenciais são genes necessários para o crescimento e a reprodução de organismos em circunstâncias específicas. Entretanto, a importância desses genes muitas vezes depende do ambiente em que o organismo vive. Por exemplo, existe um gene específico para digerir amido, que é considerado necessário apenas quando o amido é a única fonte de energia. A pesquisa continuou ao longo do tempo, à medida que os cientistas conduziram uma série sistemática de experimentos para identificar os genes que são absolutamente necessários para manter a vida.
Resultados de pesquisas recentes mostram que o número de genes absolutamente essenciais necessários às bactérias é de cerca de 250 a 300.
Para organismos unicelulares, esses genes essenciais estão relacionados principalmente a três funções básicas, incluindo processamento de informações genéticas, manutenção da membrana externa da célula e geração de energia. Esses genes não apenas ajudam a manter o metabolismo central, mas também participam da replicação do DNA, da tradução genética, da manutenção da estrutura celular e da operação de vias metabólicas de substâncias. Entretanto, em organismos multicelulares, os genes essenciais são mais complexos e estão envolvidos principalmente na comunicação e no desenvolvimento de célula para célula. Além disso, diferentemente de organismos unicelulares, os genes essenciais dos vírus são concentrados principalmente no processamento e manutenção de informações genéticas. Eles não têm a maioria dos genes metabólicos essenciais e, portanto, devem depender da maquinaria metabólica do hospedeiro para sobreviver.
A maioria dos genes não é essencial, mas fornece uma vantagem seletiva e aumenta a aptidão para a sobrevivência, portanto, a grande maioria dos genes não é essencial.
Com base em estudos genômicos de genomas bacterianos, as duas principais abordagens usadas pelos cientistas incluem a exclusão direcionada de genes e a mutagênese aleatória usando transposons. Na exclusão direta, um único gene anotado é completamente excluído do genoma, enquanto na mutagênese mediada por transposons, os transposons são inseridos aleatoriamente em vários locais do genoma com o objetivo de interromper a função do gene alvo. Esses métodos permitem que os pesquisadores identifiquem genes essenciais que estão intimamente relacionados à sobrevivência.
Em estudos de organismos eucarióticos, como leveduras, 15% a 20% dos genes são essenciais. Em outros organismos multicelulares, como mamíferos, dificuldades técnicas e a complexidade de uma série de funções genéticas tornam os resultados desses estudos menos claros. Embora genes essenciais em humanos sejam difíceis de verificar por meio de experimentos de eliminação de genes, mutações naturais ajudaram a identificar mutações genéticas que podem causar morte embrionária precoce ou tardia.
Muitos genes, se mutados, podem causar doenças graves, e essas mutações foram codificadas no banco de dados.
Comparados com bactérias e eucariotos, os vírus apresentaram maior variabilidade no número de genes essenciais na análise. Por exemplo, o citomegalovírus humano possui 41 genes essenciais, enquanto no vírus Vaccinia há 93 genes que são essenciais para a replicação viral. A composição genética de diferentes vírus pode fornecer alvos potenciais para o desenvolvimento de vacinas e terapia antiviral.
Com o advento da análise quantitativa da essencialidade genética, os cientistas descobriram que, embora alguns genes não sejam absolutamente essenciais sob condições específicas, mutações genéticas podem levar a vários graus de perda funcional em diversos ambientes. Esse tipo de fenômeno faz com que os cientistas tenham uma compreensão mais profunda da "necessidade".
Muitos genes são condicionalmente essenciais sob certas condições, o que significa que a essencialidade de um gene pode variar dependendo do ambiente externo, bem como do contexto genético interno.
Como a função de alguns genes pode mudar dependendo do ambiente externo, é particularmente importante entender a necessidade dos genes. Por exemplo, quando um aminoácido como a lisina é fornecido à célula, o gene que geralmente se acredita produzir esse aminoácido não se torna mais necessário. Esse fenômeno é particularmente evidente em bactérias parasitas, pois esses microrganismos frequentemente perdem genes metabólicos essenciais e se tornam dependentes de nutrientes fornecidos pelo hospedeiro.
Com a recente descoberta de processos de duplicação genética e vias metabólicas alternativas, muitos genes podem se tornar redundantes devido à duplicação, o que significa que a não essencialidade de um único gene pode ser compensada por genes redundantes paralelos. Esses fenômenos sugerem que a sobrevivência dos genes da população pode ser afetada por diversas combinações de genes.
Nas bactérias, os genes essenciais são geralmente mais conservados do que os genes não essenciais, e a essencialidade de alguns genes pode variar significativamente à medida que as espécies evoluem.
Do ponto de vista experimental, o estudo de genes essenciais ainda está sujeito a muitas limitações, pois uma vez inativados esses genes levarão à morte do organismo. Entretanto, em alguns casos, os estudos podem ser conduzidos por meio de mutação seletiva de um único gene funcional. Essas mudanças proporcionam mais oportunidades para os pesquisadores obterem insights mais profundos sobre as funções dos genes e seus papéis em situações restritas.
Olhando para estudos anteriores, triagens repetidas de genes essenciais em laboratório frequentemente produziam discrepâncias, sugerindo que diferenças nas condições ambientais ou na seleção de mutações poderiam resultar em contagens relativas de genes diferentes. Essa incerteza desencadeou ainda mais uma reflexão na comunidade científica sobre a compreensão e a pesquisa de genes essenciais.
É claro que a necessidade e a função dos genes são cruciais para a sobrevivência e o desenvolvimento dos organismos, mas há uma compreensão mais profunda esperando por nós para explorar? Esta é uma questão que vale a pena ponderar?
