Um coração batendo, um órgão complicado que bombeia sangue pelo corpo de animais e humanos, não é exatamente algo que você associa a uma placa de Petri em um laboratório.

Mas isso pode mudar no futuro e pode salvar a vida de pessoas cujos próprios órgãos falham. A pesquisa está agora um passo mais perto disso.

Para projetar órgãos artificiais, primeiro você precisa entender as células-tronco e as instruções genéticas que governam suas propriedades notáveis. O professor Joshua Mark Brickman, do Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine (reNEW), desenterrou as origens evolutivas de um gene mestre que atua em uma rede de genes que instrui as células-tronco.

"O primeiro passo na pesquisa com células-tronco é entender a rede reguladora de genes que sustenta as chamadas células-tronco pluripotentes. Entender como sua função foi aperfeiçoada na evolução pode ajudar a fornecer conhecimento sobre como construir células-tronco melhores", diz Joshua Mark Brickman.

Células-tronco pluripotentes são células-tronco que podem se desenvolver em todas as outras células; por exemplo, células cardíacas. Se entendermos como as células-tronco pluripotentes se desenvolvem em um coração, estaremos um passo mais perto de replicar esse processo em laboratório.

A propriedade pluripotente das células-tronco – o que significa que as células podem se desenvolver em qualquer outra célula – é algo tradicionalmente associado aos mamíferos.

Agora Brickman e seus colegas descobriram que o gene mestre que controla as células-tronco e dá suporte à pluripotência também existe em um peixe chamado celacanto. Em humanos e camundongos, esse gene é chamado OCT4, e os pesquisadores descobriram que a versão do celacanto poderia substituir a dos mamíferos nas células-tronco do camundongo.

Além do fato de o celacanto pertencer a uma classe diferente dos mamíferos, ele também é chamado de "fóssil vivo", pois há aproximadamente 400 milhões de anos se desenvolveu na forma que tem hoje. Tem barbatanas em forma de membros e, portanto, acredita-se que se assemelhe aos primeiros animais a se moverem do mar para a terra.

"Ao estudar suas células, você pode voltar na evolução, por assim dizer", explica a professora assistente Molly Lowndes.

O professor assistente Woranop Sukparangsi continua: "O fator central que controla a rede de genes nas células-tronco é encontrado no celacanto. Isso mostra que a rede já existia no início da evolução, potencialmente há 400 milhões de anos".

Ao estudar a rede em outras espécies, como este peixe, os pesquisadores podem destilar quais são os conceitos básicos que sustentam uma célula-tronco.

"A beleza de retroceder na evolução é que os organismos se tornam mais simples. Por exemplo, eles têm apenas uma cópia de alguns genes essenciais em vez de muitas versões. Assim, você pode começar a separar o que é realmente importante para as células-tronco e usar isso para melhorar a forma como você cultiva células-tronco em um prato", diz Ph.D. estudante Elena Morganti.

Além dos pesquisadores descobrirem que a rede em torno das células-tronco é muito mais antiga do que se pensava e encontrada em espécies antigas, eles também aprenderam como exatamente a evolução modificou a rede de genes para suportar células-tronco pluripotentes .

Os pesquisadores analisaram os genes das células-tronco de mais de 40 animais, incluindo tubarões, camundongos e cangurus. Os animais foram selecionados para fornecer uma boa amostragem dos principais pontos de ramificação na evolução.

Os pesquisadores usaram inteligência artificial para construir modelos tridimensionais das diferentes proteínas OCT4. Os pesquisadores puderam ver que a estrutura geral da proteína é mantida ao longo da evolução. Embora as regiões dessas proteínas conhecidas por serem importantes para as células-tronco não mudem, as diferenças específicas da espécie em regiões aparentemente não relacionadas dessas proteínas alteram sua orientação, afetando potencialmente o quão bem ela suporta a pluripotência.

"Esta é uma descoberta muito empolgante sobre a evolução que não teria sido possível antes do advento de novas tecnologias. Você pode ver isso como uma evolução inteligente pensando: 'Não mexemos no motor do carro, mas podemos movê-lo ao redor e melhorar o trem de força para ver se ele faz o carro andar mais rápido'", diz Brickman.

O artigo foi publicado na revista Nature Communications .

O estudo é um projeto colaborativo que abrange Austrália, Japão e Europa, com parcerias estratégicas vitais com os grupos de Sylvie Mazan no Observatório Oceanológico de Banyuls-sur-Mer na França e o professor Guillermo Montoya no Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research na Universidade de Copenhague.