As primeiras formigas geneticamente modificadas do mundo lançam luz sobre como as sociedades complexas de insetos evoluíram

As primeiras formigas geneticamente modificadas do mundo lançam luz sobre como as sociedades complexas de insetos evoluíram

Por Elizabeth PennisiMar. 8, 2017, 10:15

Cada colônia de formigas é uma maravilha de cooperação, onde cada formiga realiza suas tarefas designadas em um concerto tão próximo com suas irmãs que uma colônia às vezes é chamada de `` superorganismo ''. Agora, um novo estudo sobre o mundo As primeiras formigas geneticamente modificadas descobrem que a socialidade das formigas depende do seu olfato. A descoberta fornece pistas importantes sobre como o comportamento social evoluiu nesses insetos.

Esta é uma verdadeira inovação na sociobiologia experimental, diz Bert H.Lldobler, um biólogo comportamental da Arizona State University em Tempe, que não estava envolvido com o trabalho. Antes disso, ninguém havia conseguido modificar geneticamente formigas para estudo.

Os biólogos, desde Charles Darwin, ficaram fascinados com a evolução do comportamento social, na qual organismos tão diferentes quanto formigas e pessoas formam grupos coesos que trabalham juntos e, às vezes, deixam um ou poucos indivíduos fazerem toda a reprodução. Estudos sobre abelhas forneceram dicas tentadoras de quais genes podem estar envolvidos na socialidade desse inseto, mas é difícil determinar as funções desses genes nas abelhas e em outros insetos, como formigas. Isso porque os pesquisadores não tinham uma boa maneira de interromper os genes de interesse, da maneira que eles podem fazer facilmente em camundongos ou mesmo para descobrir os genes exatos envolvidos.

Os insetos sociais são especialmente difíceis de modificar geneticamente. Mesmo que os cientistas possam modificar o genoma de um indivíduo, os ovos das formigas são muito sensíveis e difíceis de criar sem trabalhadores, por isso é difícil conseguir um ovo geneticamente modificado para sobreviver, explica Laurent Keller, biólogo evolucionário da Universidade de Lausanne, na Suíça. Além disso, o ciclo de vida dos insetos sociais é complicado e prolongado, dificultando a obtenção de grandes quantidades de filhotes geneticamente modificados em um prazo razoável.

Então, Daniel Kronauer, um biólogo evolucionário da The Rockefeller University, em Nova York, se voltou para uma espécie chamada formigas invasoras clonais ( Ooceraea biroi ). Ao contrário de outros insetos, essas formigas invasoras atarracadas, desde que o níquel dos EUA seja espesso, são rainhas escuras em suas colônias; em vez disso, cada um põe ovos não fertilizados que se desenvolvem como clones. Isso significa que, uma vez que os pesquisadores modifiquem um genoma individual de formigas, eles podem criar rapidamente uma cepa geneticamente modificada. Para a grande maioria das espécies de formigas, fazer genética real é basicamente impossível, devido às complicações de lidar com ovos e larvas e que pode levar anos para que uma linhagem geneticamente modificada funcione, diz Kronauer, mas porque Essas formigas são clones, `` esta espécie nos permite tomar atalhos ''.

Para modificar os genes das formigas invasoras, a estudante de pós-graduação Kronauer Waring Trible e Leonora Olivos-Cisneros, assistente de pesquisa, procuraram o CRISPR, uma técnica de edição de genes que facilita a alteração de genes muito mais do que antes. Ainda assim, as chances estavam contra eles.

Durante dois anos, os pesquisadores descobriram que os óvulos existentes liberam uma substância química que inibe outros adultos da postura. Uma vez que os cientistas descobriram isso, eles foram capazes de isolar formigas, sincronizar a produção de ovos e obter os números necessários. Mas foram necessárias 10.000 tentativas para desenvolver o toque certo para não danificar os ovos enquanto os prendia nas lâminas, injetava material genético e os levava à eclosão. Depois, levou meses para aprender a colocar os jovens recém-nascidos de volta em uma colônia de formigas e levar as formigas para cuidar deles. O segredo: coloque as larvas em grupos de 10.

Para a maioria dos animais, incluindo os ratos, produzir um indivíduo com um genoma modificado é apenas o primeiro passo, pois pode levar muitas gerações para garantir que todos os filhotes carreguem a modificação. Nos insetos sociais, essas etapas podem levar meses, se não anos. Mas como essas formigas atacantes são clonais, o Trible foi capaz de testar facilmente a primeira prole quanto a quaisquer efeitos.

O Trible interrompeu um gene chamado orco, que produz uma proteína essencial para a função de células nervosas sensíveis ao odor em antenas de antenas. Essas células, chamadas receptores odorantes, são um dos vários tipos de sensores que detectam substâncias químicas chamadas feromônios que as formigas e outros animais usam para se comunicar. As formigas têm muito mais receptores odorantes do que a maioria dos outros insetos - pelo menos 350 em comparação com a mosca da fruta - 46, enquanto o número de outros tipos de sensores é quase o mesmo que outros insetos. Então Kronauer se perguntou se essa expansão havia tornado possível o complexo sistema social das formigas.

O comportamento e a anatomia cerebral das formigas transgênicas sugerem que, de fato, a expansão no número de receptores odorantes teve um papel. As formigas adultas jovens, que são de cor clara, tendem a passar o primeiro mês imóveis com seus companheiros de ninho. Mas as jovens formigas transgênicas usavam calças nas calças, por assim dizer, e imediatamente começaram a passear, informou a equipe na semana passada no bioRxiv. `` Ver essas formigas correndo é simplesmente bizarro '', diz Trible. As formigas transgênicas também não seguiram as trilhas estabelecidas por outras formigas. Tanto a aderência quanto a trilha são comportamentos que mantêm uma colônia coesa e trabalham juntas.

Essas formigas também estavam em desvantagem a longo prazo. As formigas invasoras clonais colocam seis ovos a cada 2 semanas, enquanto os transgênicos depositam apenas cerca de um ovo nesse período. E os transgênicos tendem a morrer dentro de 2 a 3 meses, em vez dos habituais 6 a 8 meses.

Ainda mais surpreendente foi o efeito que a modificação genética teve no cérebro. Lá, as terminações nervosas de cada tipo de receptor odorante se encontram em grupos chamados glomérulos. Quando outros pesquisadores eliminaram o gene da orca nas moscas da fruta, seus glomérulos não foram afetados. Mas nas formigas, os glomérulos nunca se formaram. Isso é exatamente o que acontece com a parte equivalente do cérebro em ratos quando genes semelhantes são eliminados.

Este foi o verdadeiro resultado de abrir os olhos '', diz Gene Robinson, pesquisador de genômica comportamental da Universidade de Illinois em Champaign que não estava envolvido no trabalho. O objetivo do estudo foi avaliar os efeitos da suplementação de creatina no metabolismo de carboidratos. Tais comparações podem ser importantes para avaliar como os cérebros evoluem para gerenciar os comportamentos complexos vistos nos animais sociais, outro aspecto fundamental da evolução da socialidade nas formigas e outras espécies.