Há uma rica história de filósofos e cientistas fazendo perguntas, como por exemplo: Quem sou eu, de onde vim e com quem sou parente? A tecnologia moderna nos permite analisar o DNA em nossos 23 pares de cromossomos humanos. Muitas pessoas acham que nosso DNA controla muito do que somos, como nossa aparência física, inteligência e muitas habilidades inatas. Alguns até pensam que isso define nossa raça ou etnia. Algumas dessas pessoas também concordariam com o ditado, você é o que come, mesmo que isso seja realmente uma contradição. Ou seja, nossas dietas afetam nossa saúde física e mental. Neste artigo, vou abordar estas questões. Descreverei algumas suposições básicas que aprendemos quando crianças, tais como herdamos exatamente metade de nossos genes de cada um dos pais e podemos rastrear nossa ascendência milhares de anos atrás. Então, mostrarei como isto é uma simplificação excessiva em um nível e absolutamente errado em um nível mais profundo.

Genealogia e ancestrais comuns

Atualmente, a genealogia é um grande negócio e um hobby muito popular. Mais de 100 milhões de testes de DNA foram vendidos em 2022. Muitas pessoas querem saber onde elas se encaixam na árvore da vida. As seqüências de bases em seu DNA podem ser comparadas com as de pessoas de todas as partes do mundo. Você pode descobrir que é parente de uma pessoa famosa da história, como Carlos Magno. Para fazer isso, são feitas algumas suposições básicas. Assumimos que recebemos exatamente metade de nosso DNA de nossa mãe e a outra metade de nosso pai. Com base nisto, a fração do nosso DNA que veio de nossos antepassados recentes é 1/2n, onde n é o número de gerações. Ou seja, recebemos 1/2 de nosso DNA de cada um de nossos dois pais, 1/4 de cada um de nossos quatro avós e 1/8 de cada um de nossos oito bisavós. Neste processo, dizemos que o DNA e os genes são transferidos verticalmente dos pais para os filhos.

Isto prevê que podemos voltar muitos mais anos atrás e encontrar alguns antepassados interessantes. Há cerca de 150 anos, tínhamos 64 tataravós. Éramos descendentes de 64 pessoas diferentes. Na 33ª geração (cerca de 800 a 1000 anos atrás), temos mais de oito bilhões de antepassados. Isso é mais do que o número de pessoas vivas hoje, muito maior do que a população mundial de um milênio atrás1. Ainda assim, isto pressupõe que o acasalamento é aleatório e que as populações se misturam constantemente. De fato, os Homo sapiens são de certa forma consanguíneos.

Em comunidades isoladas, primos distantes que compartilham apenas 1% de seu DNA muitas vezes se casam e geram filhos. Seu mais recente ancestral comum teria vivido há mais de 150 anos. Além disso, muitos de seus antepassados podem ocupar vários lugares na árvore genealógica de uma família. Sua tataravó também pode ter sido sua tia-avó. Quando você considera as gerações mais velhas, você chega a uma data em que nossas árvores genealógicas compartilham não apenas um antepassado em comum, mas também todos os antepassados. Você chega a um isoponto genético, no qual as árvores genealógicas de quaisquer duas pessoas na terra agora, se localizam de volta ao mesmo conjunto de indivíduos. As pessoas que estavam vivas no isoponto genético eram ou o ancestral de todos os vivos hoje ou de ninguém vivo hoje.

Os seres humanos deixaram a África e começaram a se dispersar pelo mundo há pelo menos 120.000 anos, mas o isoponto genético ocorreu muito mais recentemente - entre 5300 e 2200 a.C., de acordo com modelagem matemática e simulações computadorizadas por um grupo de estatísticos liderados por Douglas Rohde2. Eles reconheceram que o modelo de acasalamento aleatório ignora aspectos essenciais da subestrutura populacional, tais como a tendência dos indivíduos de escolherem companheiros do mesmo grupo social, e o relativo isolamento de grupos geograficamente separados. Quando isto foi incluído no modelo, eles foram capazes de estimar o isoponto genético. Isto sugere que as genealogias de todos os seres humanos vivos se sobrepõem de formas notáveis no passado recente.

Isto destrói completamente o conceito de diferentes raças e linhagens puras de humanos1. Ninguém tem antepassados de uma só etnia ou região do mundo. A raça é uma construção social sem base científica. Existe apenas uma raça - a raça humana.

Há outra complicação quando se tenta determinar a genealogia de uma pessoa, a recombinação. Na verdade, não herdamos exatamente metade do nosso DNA de cada um dos pais. Partes do DNA nos cromossomos de cada progenitor se separam e se recombinam na produção do zigoto, ou do óvulo fertilizado. Isto provoca uma remodelação aleatória dos genes em cada geração sucessiva. Assim, alguns dos ancestrais de uma pessoa contribuem desproporcionalmente para seu genoma, enquanto outros não contribuem com nenhum. Nossa genética não reflete com exatidão nossa genealogia quando recuamos algumas gerações. Além disso, nosso código genético não é uma entidade estática. Algumas partes de um cromossomo podem mudar sua posição dentro do genoma. Isto foi descoberto no milho (por Barbara McClintock em 1956) 3. Ela os chamou de genes saltadores. Seus resultados foram ignorados, em parte porque ela era uma mulher. Felizmente, ela ganhou o Prêmio Nobel em fisiologia ou medicina em 1983 por seu trabalho seminal.

Há muitos desses elementos genéticos transponíveis (móveis) em nosso DNA. Isto é verdade para muitas plantas e animais. Uma grande fração dos genomas de suas células eucarióticas é composta de elementos transponíveis4. Eles são repetidos intercalados com um alto número de cópias. Isto porque eles já entraram em genomas inúmeras vezes ao longo da história evolucionária4.

Recombinação de genes

Os humanos têm duas cópias dos cromossomos 1 - 22 (os cromossomos autossômicos) e dois cromossomos sexuais. As células são diplóides. Quase todas as fêmeas têm dois cromossomos X e os machos têm um cromossomo X e um Y. Entretanto, algumas pessoas têm mais de dois cromossomos de sexo. Algumas pessoas têm dois cromossomos X e um cromossomo Y. Os cromossomos contêm DNA que é composto de quatro bases, adenina, timina, guanina e citosina, dispostas em uma dupla hélice. O DNA em algumas partes de nossos cromossomos é transcrito em RNA mensageiro (mRNA), que deixa o núcleo celular e entra no citosol da célula. O mRNA é traduzido em proteínas em ribossomos que estão localizados no citosol. As células humanas têm cerca de 23.000 genes codificadores de proteínas. Além disso, a recombinação do DNA ocorre quando uma seção do DNA de um cromossomo é trocada com o DNA de outro cromossomo por corte e colagem. Normalmente ocorre entre regiões de seqüências de base similares.

Para que a reprodução sexual ocorra em humanos, o esperma e os óvulos devem ser produzidos através da divisão de redução das células diplóides dos pais. Ou seja, as células parenterais diplóides sofrem uma rodada de replicação de DNA, seguida por dois ciclos separados de divisão celular para produzir quatro células haplóides (esperma para os machos e óvulos para as fêmeas). Quando os cromossomos de um espermatozóide e do óvulo se unem para formar um óvulo fertilizado, ocorre alguma recombinação5.

No entanto, nem todo nosso DNA veio de ancestrais humanos. Quando vírus e bactérias infectaram nossos ancestrais distantes, alguns de seus DNA recombinaram com os cromossomos humanos. Isto é chamado de transferência horizontal de DNA. Grande parte do nosso DNA contém restos de vírus antigos.

Portanto, o rizoma da vida é provavelmente uma metáfora melhor do que a árvore da vida. Os rizomas são caules de plantas subterrâneas modificadas que enviam raízes a partir de seus nódulos. Algumas espécies de bactérias podem formar colônias em raízes e rizomas. Por exemplo, Rhizobium e Bradyrhizobium colonizam as raízes das leguminosas, desencadeando a formação de nódulos que atraem mais destas bactérias fotossintéticas. As bactérias convertem o gás nitrogênio atmosférico (N2) em amônia (NH3), que as leguminosas podem usar para fazer folhas nesta relação simbiótica.

Da mesma forma, bactérias e vírus podem entrar em todos os ramos da vida e integrar seu DNA neles. Portanto, o DNA em todas as espécies é na verdade um mosaico de seqüências de genes com uma variedade de origens. Genomas são coleções de genes com diferentes históricos evolutivos que não estão bem representados por uma única árvore da vida. Ao mesmo tempo, muitos genes têm várias origens diferentes devido à recombinação. Bactérias e Archaea transferem rotineiramente genes lateralmente de uma espécie para outra. Além disso, pedaços de DNA viral e RNA podem ser as fontes de retrotransposições que tornam nossos cérebros humanos muito diferentes dos de outros primatas. As bactérias e muitos tipos de vírus têm DNA, que é transcrito em mRNA e depois traduzido em proteínas. Outros vírus (como os vírus HIV e SARS-CoV-2) têm RNA em vez de DNA. O RNA deles é transcrito de forma reversa a partir do DNA. Retrotransposões são seqüências de DNA que compartilham uma homologia com retrovírus que têm RNA que é transcrito reverso para o DNA quando o vírus é replicado.

As retransposições foram cruciais para o surgimento da morfologia e função dos mamíferos, primatas e cérebros humanos6. Cerca da metade dos nucleotídeos do genoma humano são partes de retrotransposições7. Os retrotranspostões L1 são ativos no hipocampo e caudam o núcleo do cérebro humano e podem ser responsáveis por muitas das diferenças que são vistas nos chamados gêmeos idênticos (na verdade, gêmeos monozigóticos). Os retranspostões também são importantes na geração de novos neurônios ao longo da vida no hipocampo. Os retrotransposões L1 também são usados no cérebro humano em desenvolvimento, no qual novos neurônios estão sendo constantemente produzidos. Por outro lado, as inserções de L1 ocorrem em genes que são comumente mutantes no câncer. Portanto, estamos mudando a maneira de pensar sobre as origens da vida e sua diversidade.

Você é o que você come

Cerca de 99% dos genes codificadores de proteínas em nosso corpo são de bactérias em nossas entranhas.

Mesmo que muitas pessoas procurem as identidades através da genealogia, muitas vezes ouvimos o ditado: "Você é o que você come". Ou seja, nossas dietas afetam nossa saúde. Uma dieta saudável baseada principalmente em plantas apoiará o sistema imunológico e ajudará a prevenir a obesidade e as doenças do envelhecimento. Isto inclui a maioria dos tipos de câncer, assim como diabetes, doenças cardiovasculares, demência e doenças neurodegenerativas. Uma maneira de que isto aconteça é produzindo um microbioma intestinal saudável e um sistema nervoso entérico8-9. Frutas e vegetais frescos, assim como pão integral e massas fornecem fibras dietéticas que ajudam a formar um microbioma intestinal saudável (a coleta de todos os microorganismos do intestino). O conteúdo de nossas tripas intestinais pertence ao nosso corpo. É uma relação mutualista e simbiótica. Em contraste, a carne vermelha tende a aumentar os níveis de bactérias perigosas como o Fusobacterium nucleatum, que causa danos no DNA e instabilidade genômica dentro de tumores em desenvolvimento. Este tipo de bactéria estimula a inflamação e pode proteger os tumores de serem identificados e destruídos pelo sistema imunológico. Isto aumenta o risco de propagação do câncer. A disbiose no eixo microbiota-cérebro intestinal desempenha papéis importantes no comportamento social aberrante, assim como a etiologia de várias doenças neurodegenerativas, incluindo ansiedade, depressão, autismo e doença de Parkinson. Por outro lado, as dietas vegana e vegetariana, bem como a dieta mediterrânea, ajudam a construir um microbioma intestinal saudável.

Dieta, exercício, humor, saúde geral e estresse podem alterar as concentrações de hormônios que afetam o microbioma intestinal. O oposto também ocorre. Uma microbiota intestinal saudável pode ajudar a manter uma pessoa calma porque as bactérias afetam as concentrações de hormônios do estresse (corticosterona e hormônio adrenocorticotrópico, ou ACTH). Por outro lado, a disbiose no microbioma intestinal pode contribuir para doenças auto-imunes, incluindo a diabetes tipo 19, Esta forma de comunicação interreligiosa tem sido chamada de endocrinologia microbiana. Por exemplo, a excreção mediada pelo estresse de neurohormones pode alterar a expressão de genes em bactérias patogênicas no intestino. Hormônios e neurotransmissores afetam muitos aspectos do comportamento, o que não é simplesmente uma ligação dura no cérebro que está no crânio. Nossa saúde e comportamento também dependem em parte do microbioma intestinal - nosso segundo cérebro. Como resultado, nosso comportamento e habilidades mentais são influenciados por nosso estilo de vida, dieta e exposição a antibióticos. Eles não estão fortemente ligados pelos genes que herdamos na concepção9.

Muitas vezes, me perguntam por que não tenho minha genealogia determinada. Você não quer saber quem você é? Minha resposta é: "Eu já sei que sou quase 100% americano". As bactérias em meu intestino vêm da comida que como, que vem quase exclusivamente de algum lugar das Américas.

Na verdade, a verdade é que minhas informações genéticas estão em constante mudança. Há uma camada de controle que está acima da genética. É chamada epigenética. Ou seja, nosso DNA pode ser modificado antes de ser transcrito em mRNA e traduzido em proteínas. As proteínas também podem ser modificadas quando o ambiente interno ou externo assim o exigir. A transcrição e a expressão dos genes devem ser ativadas e desativadas nos momentos certos para manter os muitos ritmos de vida. Eu não sou a mesma pessoa de manhã que sou à noite. Eu não serei exatamente a mesma pessoa amanhã que sou hoje.

Bibliografia

1 Hershberger, S. Humans are more closely related than we commonly thought. Scientific American, 2020. 5 Oct. 2020.
2 Rohde, D.L. et al. Modelling the most common ancestry of all living humans. Nature, Volume 431, p. 562-566, 2004.
3 McClintock B. Controlling elements and the gene. Cold Spring Harbor Symposium Quantitative Biology, Volume 21, p. 197–216, 1956.
4 Ferrari, R. et al. Retrotransposons as drivers of mammalian brain evolution. Life, Volume 11, article 36, 2021.
5 Williams, M. and Teixeira, J. A genetic perspective on human origins. Portland Press, 2020.
6 Coraux, R. and Batzer, M.A. The impact of retrotransposons on human genome evolution. Nature Reviews Genetics, Volume 10, p. 691-703, 2009.
7 Lee, G. et al. Landscape of somatic retrotransposition in human cancers. Science, Volume 337, p. 967-971, 2012.
8 Smith, R.E. Não coma carne! Salve-se e salve a humanidade. Meer, 29 Nov., 2022.
9 Smith, R.E. Our second brain. The enteric nervous system and gut microbiome. Wall Street International, 24 July, 2019.