Tecnologia Científica

Revelando as cores da visão dos insetos
Uma nova forma de isolar protea­nas sensa­veis a  luz pode levar a percepa§aµes evolutivas
Por Juan Siliezar - 25/02/2021


Atala hairstreak (Eumaeus atala) pendurada delicadamente sob uma folha de sua planta hospedeira cicada¡cea. Crédito: Nanfang Yu / Columbia University

Marjorie Lianãnard teve um momento cla¡ssico de eureka no vera£o de 2018 quando, como pesquisadora de pa³s-doutorado, o experimento que poderia um dia ajudar a sondar totalmente os detalhes moleculares da visão dos insetos finalmente valeu a pena.

“Nãofuncionou da primeira vez e não funcionou da segunda vez. Talvez tenha funcionado na quarta vez - não sei ”, disse Lianãnard, que agora éafiliado do Museu de Zoologia Comparada e pesquisador da Universidade de Lund, na Suanãcia. “O que eu sei éque fiz uma dança feliz no laboratório a s 23h. Alguns alunos perguntaram: 'O que estãoacontecendo com vocaª?' e eu disse: 'Funciona! Funciona!'"

O estudo liderado por Lianãnard e a professora Naomi Pierce de Harvard éo foco de um novo artigo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Nele, os pesquisadores descrevem um novo manãtodo para isolar protea­nas sensa­veis a  luz encontradas nos olhos de insetos - chamadas opsinas - e detalhando sua história molecular, estrutura e função para determinar quais cores um inseto pode ver.

Os pesquisadores usaram o manãtodo, que pode ser feito in vitro por meio de ensaios de laboratório, para descobrir opsinas atéentão desconhecidas e sua história evolutiva no sistema visual de um tipo ica´nico de borboleta licena­deo , Eumaeus atala , também conhecido como o hairstreak Atala.

A equipe encontrou uma nova opsina que evoluiu da detecção da cor verde para a percepção da luz vermelha que faz fronteira com a visão infravermelha. A análise descobriu que a protea­na opsina foi alterada (ou ajustada) para perceber a luz vermelha, que emite um comprimento de onda de luz mais longo. O estudo também descobriu uma opsina para compensar essa mudança para que a borboleta ainda pudesse detectar a luz verde. Esta protea­na opsina evoluiu da ca³pia duplicada de uma que normalmente detecta o azul ultravioleta e foi sintonizada de forma semelhante para ser capaz de detectar um comprimento de onda de luz mais longo.

Em muitos insetos, a cor desempenha um grande papel em questões como escolha de parceiro ou preferaªncia de flores. Certas borboletas, por exemplo, tendem a coletar nanãctar de flores vermelhas e, em geral, os insetos são conhecidos por serem sensa­veis a uma variedade de comprimentos de onda de luz. Os pesquisadores sabem hámuito tempo as sequaªncias de DNA que codificam as protea­nas opsinas envolvidas nas sensibilidades visuais. O que estava faltando era um conjunto de ferramentas para sondar com precisão os aspectos funcionais dessas protea­nas para que pudessem determinar o que os insetos realmente veem.

As descobertas da equipe e sua ferramenta fornecem uma imagem mais clara para a compreensão das voltas e reviravoltas evolutivas que moldaram o sistema visual dos insetos. Mais notavelmente, poranãm, eles permitem que os cientistas estudem todo o espectro visual de todos os invertebrados, uma vez que a técnica pode expressar opsinas que variam desde a detecção de curtos comprimentos de onda ultravioleta de luz atéa detecção de comprimentos de onda longos no infravermelho pra³ximo.

“Atéagora, testamos isso apenas em insetos, em particular borboletas e mariposas, mas o ponto interessante éque todos os invertebrados compartilham o mesmo tipo de receptores de opsina”, disse Lianãnard. “Ao caracterizar essas opsinas de insetos, podemos estar razoavelmente confiantes de que funcionara¡ em todos os invertebrados, sejam crusta¡ceos, moluscos, aranhas e, éclaro, outros insetos.”

As aplicações potenciais deste sistema recanãm-criado entusiasmaram os pesquisadores (o suficiente atépara dançar). Ele permite que eles isolem e testem as propriedades funcionais de opsinas de insetos em culturas de células fora do organismo de teste individual - em outras palavras, sem a interferaªncia de outros componentes do olho. E tudo isso lhes dara¡ novos insights sobre o processo evolutivo.

“Uma vez que entendemos como os genes que compõem as opsinas sensa­veis a  luz nos olhos dos insetos funcionam, podemos comea§ar a reconstituir as transições evolutivas envolvidas na visão adaptativa das cores atravanãs das linhagens”, disse Pierce, professor de Biologia da Hessel na Faculdade de Artes e Ciências e Curador de Lepida³pteros no Museu de Zoologia Comparada.

O novo sistema identifica no genoma de um inseto asmudanças especa­ficas do par de bases que são responsa¡veis ​​pelo ajuste fino de suas protea­nas visuais e dos comprimentos de onda de luz visual aos quais são sensa­veis.

Por exemplo, o grupo agora écapaz de ver como atémesmo uma única mudança de aminoa¡cido em uma protea­na opsina pode alterar o que um inseto vaª. Tambanãm lhes permite determinar como os genes da visão evolua­ram ao longo do tempo.

Ferramentas semelhantes existiam para fazer isso para comprimentos de onda de luz curtos em invertebrados, mas não para comprimentos de onda de luz vermelha mais longos. Outros laboratórios já tentaram fazer esses testes antes, mas eles eram insta¡veis, observaram os pesquisadores.

Para estudar a evolução da visão da cor vermelha em borboletas licena­deos, que são a segunda maior familia de borboletas do mundo, a equipe caracterizou e purificou todos os genes de opsina visual para várias espanãcies de borboletas em seus ensaios. Eles então analisaram as moléculas de opsina na linha de cabelo de Atala procurando por padraµes consistentes demudanças de pares de bases. Em seguida, eles transformaram as sequaªncias dessas opsinas para testar como mudavam a cor da luz que a borboleta capturava.

Eles descobriram que a luz vermelha absorvente de opsina na faixa de cabelo de Atala era usada para perceber a luz verde e como a borboleta manteve seu amplo espectro visual quando essa opsina passou de detectar luz verde para vermelha. Anteriormente, acreditava-se que a opsina detectora de vermelho percebia a luz verde. A análise mostrou que outra opsina, que detectava a luz azul, foi duplicada e depois ajustada para detectar melhor a luz verde.

A nova análise deixa claro que os genomas nem sempre são o que parecem.

“O genoma pode dizer quais genes de opsina a borboleta tem, mas ainda não vai dizer o que as borboletas realmente veem”, disse Pierce. “A beleza deste sistema éque, se vocêcolocar a opsina em uma construção celular, podera¡ usa¡-la para dizer fisiologicamente o que as borboletas realmente veem.”

A publicação marca o fim de um estudo de quatro anos e remonta ao trabalho com olhos de borboleta nas décadas de 1970 e 1980 por Gary Bernard, um dos coautores do artigo, quando era professor assistente no MIT. Bernard agora éengenheiro elanãtrico aposentado da Universidade de Washington.

Outros coautores do artigo incluem Feng Zhang do Broad Institute e MIT; Nanfang Yu, da Universidade de Columbia; Michael Calonje, do Montgomery Botanical Center; Harvard Ph.D. os alunos Wendy A. Valencia-Montoya, Richard Rabideau Childers e Shayla Salzman; Os bolsistas de pa³s-doutorado em Harvard, Jean-Marc Lassance e Melissa Whitaker; e os pesquisadores universita¡rios Siliang Song, Dajia Ye e Adriana Stephenson.

Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation, os National Institutes of Health, o Howard Hughes Medical Institute e a bolsa de pa³s-doutorado da Knut and Alice Wallenberg Foundation no Broad Institute do MIT e Harvard.

 

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