Um software de computador desenvolvido na Escola de Medicina da Universidade de Washington em St. Louis pode prever o que acontece com redes genéticas complexas quando genes individuais estão ausentes ou discados mais do que o normal. Essas redes genéticas desempenham papéis fundamentais no desenvolvimento embrionário inicial, orientando as células-tronco para formar tipos específicos de células que constroem tecidos e órgãos. Mapear os papéis de genes individuais nessas redes é fundamental para entender o desenvolvimento saudável e encontrar maneiras de regenerar células e tecidos danificados. Da mesma forma, a compreensão dos erros genéticos pode fornecer informações sobre defeitos congênitos, aborto espontâneo ou até mesmo câncer.
Esses experimentos genéticos – normalmente conduzidos em laboratório em modelos animais, como camundongos e peixes-zebra – têm sido um dos pilares da pesquisa em biologia do desenvolvimento há décadas. Muito pode ser aprendido sobre a função de um gene em estudos com animais nos quais um gene está ausente ou superexpresso, mas esses experimentos também são caros e demorados.
Em contraste, o software recém-desenvolvido chamado CellOracle – descrito em 8 de fevereiro na revista Natureza — pode modelar centenas de experimentos genéticos em questão de minutos, ajudando os cientistas a identificar genes-chave que desempenham papéis importantes no desenvolvimento, mas que podem ter sido perdidos por técnicas mais antigas e lentas. O CellOracle é de código aberto, com o código e as informações sobre o software disponíveis neste link.
“A comunidade científica coletou dados suficientes de experimentos com animais que agora podemos fazer mais do que observar a biologia acontecendo – podemos construir modelos de computador de como os genes interagem uns com os outros e prever o que acontecerá quando um gene estiver faltando”, disse o autor sênior Samantha A. Morris, PhD, professora associada de biologia do desenvolvimento e genética. “E podemos fazer isso sem qualquer intervenção experimental. Uma vez que identificamos um gene importante, ainda precisamos fazer os experimentos de laboratório para verificar a descoberta. Mas esse método computacional ajuda os cientistas a restringir quais genes são mais importantes.”
CellOracle, que foi incluído em um recurso de tecnologia recente na revista Natureza, é um dos vários sistemas de software relativamente novos projetados para modelar insights sobre a regulação de genes celulares. Em vez de simplesmente identificar as redes, o CellOracle é único em sua capacidade de permitir que os pesquisadores testem o que acontece quando uma rede é interrompida de uma maneira específica.
Morris e sua equipe aproveitaram os processos de desenvolvimento bem conhecidos de formação de células sanguíneas em camundongos e humanos e desenvolvimento embrionário em peixe-zebra para validar que o CellOracle funciona corretamente. Seus estudos, em colaboração com o laboratório da coautora e especialista em desenvolvimento de zebrafish Lilianna Solnica-Krezel, PhD, Alan A. e Edith L. Wolff Distinguished Professor e chefe do Departamento de Biologia do Desenvolvimento, também descobriram novos papéis para certos genes no desenvolvimento do peixe-zebra que não havia sido identificado anteriormente.
E em um artigo relacionado online na revista Stem Cell Reports, Morris e seus colegas usaram o CellOracle para prever o que acontece quando certos genes são marcados além de seus níveis de expressão habituais.
“Descobrimos que, se discarmos dois genes específicos, podemos transformar as células da pele em um tipo de célula que pode reparar danos no intestino e no fígado”, disse Morris. “Em termos de medicina regenerativa, essas ferramentas preditivas são valiosas para modelar como podemos reprogramar células para se tornarem os tipos de células que podem promover a cura após lesões ou doenças”.
Segundo Morris, a maioria dos métodos de laboratório para converter células-tronco em diferentes tipos de células, como células do sangue ou células do fígado, são ineficientes. Talvez 2% das células cheguem ao destino desejado. Ferramentas como o CellOracle podem ajudar os cientistas a identificar quais fatores devem ser adicionados ao coquetel para guiar mais células para o tipo de célula desejado, como aquelas capazes de reparar o intestino e o fígado.
Atualmente, o CellOracle pode modelar a identidade celular em mais de 10 espécies diferentes, incluindo humanos, camundongos, peixes-zebra, leveduras, galinhas, porquinhos-da-índia, ratos, moscas-das-frutas, lombrigas, a planta Arabidopsis e duas espécies de sapo.
“Recebemos muitos pedidos para adicionar diferentes espécies”, disse Morris. “Estamos trabalhando na adição de axolotl, que é um tipo de salamandra. Eles são animais legais para estudar a regeneração por causa de sua capacidade de regenerar membros inteiros e outros órgãos e tecidos complexos.”
Com informações de Science Daily.