Todos os anos a revista Science faz uma pesquisa para avaliar qual o grande passo ou conquista científica que pode nortear o desenvolvimento nos próximos anos. 2018 foi mais um ano cheio para todas as áreas. Em astronomia e astrofísica tivemos o lançamento da sonda parker, que irá fazer a mais detalhada pesquisa do Sol, e também tivemos avanços na astrofísica multi-mensager, que começa dar os primeiros passos na integração de dados de diferentes fontes, como raios cósmicos, neutrinos e ondas gravitacionais para estudar estruturas e fenômenos muito distante de nossa galáxia; Em antropologia e paleontologia, tivemos uma prova cabal da miscigenação entre espécies de hominídeos, através da investigação de fosseis encontrados em uma caverna; O desenvolvimento computacional junto com a ciência Forence, começaram a investigar casos não solucionados, usando DNA do criminoso deixado na cena do crime e cruzando com Dna de banco de dados públicos, para assim encontrar pistas a parti de Dna Semelhantes ;Novas técnicas para determinar as estruturas moleculares de pequenos compostos orgânico, agora podem ser feitas em minutos, o que tradicionalmente levava dias ou semanas; todas estes entre outras são importantes, mas talvez o grande feito foi compreender e ver ( visualmente falando) como uma única célula se desenvolve em detalhes. Como os genes individuas se comportam e como eles são estimulados para suas especializações. Tal possibilidade abre um novo precedente de terapias e tratamentos.

Deste a antiguidade, os cientistas ficaram instigados pela maneira de como uma única célula se desenvolve em um animal adulto, com dezenas de órgãos e bilhões de células especializadas. Agora, com uma combinação de tecnologias é possível revelar em detalhes quando os genes de células individuais são ligados, estimulando a formação de suas especializações. Como resultado, é a capacidade de rastrear o desenvolvimento de organismos e órgãos, célula a célula ao longo do tempo.

Essa combinação de técnicas “transformará a próxima década de pesquisa”, diz Nikolaus Rajewsky, biólogo de sistemas do Centro Max Delbrück de Medicina Molecular, em Berlim. Só em 2018, os artigos detalharam como uma minhoca, um peixe e um sapo começam a produzir órgãos e anexos. E alguns grupos no mundo já estão usando a combinação de técnicas para estudar como as células humanas amadurecem/envelhecem ao longo da vida, como os tecidos se regeneram e como as células se alteram nas doenças.

A capacidade de isolar milhares de células individuais e sequenciar o material genético de cada um dá aos pesquisadores um instantâneo do que o RNA está sendo produzido em cada célula naquele momento. E como as sequências de RNA são específicas para os genes que as produziram, os pesquisadores podem ver quais genes estão ativos. Esses genes ativos definem o que uma célula faz.

Essa combinação de técnicas, conhecida como single-cell RNA-seq(sequencia de célula única) , evoluiu nos últimos anos. Mas um ponto de virada veio em 2017 pa, quando dois grupos mostraram que isso poderia ser feito em uma escala grande o suficiente para acompanhar o desenvolvimento inicial. Um grupo usou em uma única célula para medir a atividade gênica em 8000 células extraídas de embriões de moscas. Mais ou menos na mesma época, outra equipe analisou a atividade gênica de 50.000 células de um estágio larval do nematódeo Caenorhabditis elegans . Os dados indicaram quais proteínas, chamadas fatores de transcrição, estavam guiando as células para se diferenciarem e especializarem.

Este ano, esses pesquisadores e outros realizaram análises ainda mais extensas em embriões de vertebrados. Usando uma variedade de métodos computacionais sofisticados, eles relacionaram a técnica single-cell RNA-seq em diferentes momentos para revelar a ativação e desativação de conjuntos de genes que definiam os tipos de células formadas naqueles organismos mais complexos.

Um estudo descobriu como um ovo de zebrafish fertilizado dá origem a 25 tipos de células; outro monitorizou o desenvolvimento de rãs através de estágios iniciais de formação de órgãos e determinou que algumas células começam a se especializar mais cedo do que se pensava anteriormente. “As técnicas têm respondido questões fundamentais em relação à embriologia”, diz Leonard Zon, biólogo de células-tronco da Universidade de Harvard.

Pesquisadores interessados em como alguns animais podem regenerar membros ou corpos inteiros também se voltaram para o single-cell RNA-seq. Dois grupos estudaram padrões de expressão gênica em vermes aquáticos conhecidos como planária (o animal “campeão” em regeneração, quase o Wolverine ) depois de terem sido cortados em pedaços.

Os cientistas descobriram novos tipos de células e trajetórias de desenvolvimento que emergiram à medida que cada peça se tornou um todo. Outro grupo rastreou os genes que ligavam e desligavam em axolotls, um tipo de salamandra que havia perdido um membro anterior. Os pesquisadores descobriram que alguns tecidos de membros maduros revertiam para um estado embrionário e, em seguida, sofriam reprogramação celular e molecular para construir um novo membro.

Como as células devem ser removidas de um organismo para o sequenciamento unicelular, a técnica sozinha não pode mostrar mas ao inserir marcadores de engenharia nas primeiras células embrionárias, os pesquisadores agora podem rastrear células e seus descendentes em organismos vivos. Pelo menos uma equipe expõe os primeiros embriões a elementos genéticos móveis que carregam genes para diferentes marcas fluorescentes coloridas, que se estabelecem aleatoriamente nas células, transmitindo cores diferentes para cada linhagem celular. Outras equipes têm aproveitado a técnica de edição de genes chamada CRISPR para marcar os genomas de células individuais com identificadores únicos semelhantes, que são então passados para todos os seus descendentes. O editor de genes pode fazer novas mutações em células progênicas, mantendo as mutações originais,

Ao combinar essas técnicas com o single-cell RNA-seq, os pesquisadores podem monitorar o comportamento de células individuais e ver como elas se encaixam na arquitetura do organismo. Usando essa abordagem, uma equipe determinou as relações de mais de 100 tipos de células em cérebros de peixe-zebra. Os pesquisadores usaram o CRISPR para marcar as células embrionárias precoces, depois isolaram e sequenciaram 60.000 células em diferentes momentos para rastrear a atividade dos genes à medida que o embrião dos peixes se desenvolvia.

Outros grupos estão aplicando técnicas semelhantes para acompanhar o que acontece no desenvolvimento de órgãos, membros ou outros tecidos — e como esses processos podem dar errado, resultando em malformações ou doenças.

“É como um gravador de vôo, onde você está vendo o que deu errado e não apenas olhando para um instantâneo no final”,

diz Jonathan Weissman, biólogo de células-tronco da Universidade da Califórnia, em San Francisco. “Podemos fazer perguntas em uma resolução que não era possível antes.”

Embora essas tecnologias não possam ser usadas diretamente no desenvolvimento de embriões humanos, os pesquisadores estão aplicando as abordagens a tecidos humanos e organoides para estudar a atividade gênica celular por célula e caracterizar tipos de células.

Um consórcio internacional chamado Atlas de Células Humanas faz um esforço há 2 anos para identificar cada tipo de célula humana, onde cada tipo está localizado no corpo, e como as células trabalham juntas para formar tecidos e órgãos. Um projeto já identificou a maioria dos tipos de células renais, se não todos, incluindo aqueles que tendem a se tornar cancerosos. Outro esforço revelou a interação entre as células maternas e fetais que permite que a gravidez prossiga. E uma colaboração de 53 instituições e 60 empresas em toda a Europa, chamado de consórcio LifeTime, propõe-se a aproveitar o single-cell RNA-seq, em um esforço multifacetado para entender o que acontece célula por célula à medida que os tecidos progridem em direção ao câncer, diabetes e outras doenças.

Os pesquisadores esperam combinar o RNA-seq de célula única com novas técnicas de microscopia para ver onde, em cada célula, ocorre sua atividade molecular distintiva e como as células vizinhas afetam essa atividade. mas a revolução unicelular está apenas começando.

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Referencias

BREAKTHROUGH OF THE YEAR

With a trio of techniques, scientists are tracking embryo development in stunning detail. — Elizabeth Pennisi, BREAKTHROUGH OF THE YEAR, SCIENCE MAGAZINE

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R. M. Harland, A new view of embryo development and regeneration, Science, Vol. 360, p. 967, 1 June 2018

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Estudo solar

Nasa: S pacecraft sets off to make humanity’s closest approach to the Sun

| https://go.nature.com/2VluFK5

NASA’s Parker Probe will venture closer than ever to the sun to explore its mysterious atmosphere | http://bit.ly/2StDbF5

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Ice Cube Collaboration, Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert, Science, Vol. 361, p. 147, 13 July 2018

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Homonideo hibrido

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Organismo fossilizado

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