Eliminar Mutações: O Sonho Impossível Picture

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[Traduzido por Roberta Martire, Chatterie des Mûres Sauvages]

Por Dr. John Armstrong

Este artigo não se trata de um manual prático para eliminar todas as mutações, a incidência de indivíduos afetados pode ser significativamente reduzida com uma combinação inteligente de práticas de reprodução e com o desenvolvimento de testes de DNA.

Porque as mutações existem?

Mutações são mudanças na cadeia de DNA que podem potencialmente afetar o funcionamento correto dos gens. Elas ocorrem naturalmente em decorrência de erros, desemparelhamento dos homologous chromosomes (Cromossomos homólogos), ou através de exposição inevitável à radiação natural (e.g., raios cósmicos). Mutações podem ocorrer em qualquer parte do DNA e da célula. Elas são transmitidas hereditáriamente somente quando ocorrem na célula germinal (ou gamêta: óvulos e espermatozóides), mas outras mutações na célula somática do DNA podem causar câncer. Mesmo que as respostas das enzimas sejam "precisas", e mesmo que existam outros sistemas suplementares que detectam e corrigem as mutações, o sistema não é perfeito. Nós temos que reconhecer que a mutação é por vezes inévitável. Em contrapartida, a taxa de mutação aumenta com a radiação, incluindo a luz ultra violeta e a exposição à certas substâncias químicas tóxicas. Mas nós podemos de qualquer forma tomar algumas precauções para minimizar o risco.

A taxa de mutação em cães não pode ser determinada imediatamente, mas através de evidências indiretas e também através de pesquisas realizadas em outras espécies, os geneticistas acreditam que a taxa de mutação normal é de 1 em 100.000 ou menos. Para um mamífero sexualmente ativo, isso significaria que uma nova mutação num gene particular ocorreria não mais do que uma vez à cada 100.000 "gamêtas". Essa não é uma probabilidade alta, mas saiba que a maioria dos mamíferos carrega, estimadamente, 80-100.000 genes. Isso nos sugere que cada indivíduo que nasce tem uma grande chance de carregar uma nova mutação em algum gene.

O que acontece com as novas mutações?

Mutações idênticas acontecem provavelmente simultaneamente no mesmo gene de ambos progenitores (probabilidade: < 1 em 10 bilhões), logo qualquer progenitora será héterozigota. (Excessão para genes sexualmente relacionados, já que cromossomos X e Y não são homologêneos.) Mutações dominantes ocorrerão e nenhuma que seja "doutrinadora" será imediatamente eliminada de quase toda população. Se a mutação é dominante, e essa vantagem não é apreciada pelo criador ou pela "natureza", a mutação deve sobreviver e sua frequência vai aumentar gradativamente. Se a mutação é neutra, quer dizer, nem boa nem ruim (simplesmente diferente), sua sobrevivência será determinada pela "variação genética". Novas mutações recessivas permanecem escondidas da seleção até alcançarem uma frequência na qual alguns indivíduos homozigotos começam a aparecer. No entanto, isso não previne a perda derivada dela, que não depende do fenotipo.

A derivação é uma consequência de natureza aleatória nos eventos genéticos. Por exemplo, se você reproduz uma vaca marrom com um boi preto que carrega genes marrons, você poderia esperar 1/2 da cria preta e 1/2 marrom, mas provavelmente não seria surpresa se você conseguisse 7 pretos e 3 marrons numa cria de 10. Funciona da mesma maneira para qualquer gene com dois ou mais alelos. Supondo que nós tenhamos apenas um cachorro preto (Bb), e todo o resto sendo bb. O único cachorro Bb passaria seu alelo B para nenhum ou para todos os seus decendentes, ou qualquer percentual entre os dois extremos. Se ele tem mais de 5 filhotes pretos, a frequência vai aumentar e todos contribuiriam igualmente para a geração seguinte. Nas gerações seguintes, a frequência pode aumentar ainda mais, ou diminuir.

Numa grande população, a frequência tende a flutuar numa faixa pequena. No entanto, pequenas populações são inerentemente instáveis e, se outro fator não intervir, um alelo irá eventualmente substituir o outro. Isso é chamado fixação (fixation). Quanto tempo leva isso, vai depender do tamanho da população. Em uma raça rara, a fixação ocorre facilmente em 25 gerações (~100 anos.)

Muitas mutações recessivas persistem por algumas gerações em níveis baixos antes de sumirem de vez. Somente muito raramente elas atingem um nível significativo da população. (> 1 em 1000). Em termos estimativos de diversidade genética baseada em heterozigocidade, esses genes são efetivamente monofórmicos, portanto uma escala de 50 ou 100 indivíduos da população não poderia revelar qualquer diferença para a maioria. Quando dois indivíduos parecem carregar a mesma mutação, é provavelmente por causa de mutações independentes. Entretanto, a não ser que eles tenham o mesmo ancestral, a chance de produzirem progenitores afetados seria mais de 1 em 1 milhão. [Note que, no primeiro estudo sobre "erros de metabolismo de nascença", Garrod (1902) foi observado que "entre famílias cujo os parentes que não apresentavam a anomalia eles mesmos, passaram a exibi-la numa proporção correspondente a 60% dos descendentes de casamentos entre primos de primeiro grau". Ele estima que apenas 3% dos casamentos ocorrem entre primos de primeiro grau.]

Essas estimativas partem do princípio da equivalência de indivíduos na população, e nós sabemos o quanto isso é incomum. Se um único senhor produz 10 vezes mais de descendentes, seja lá qual for o alelo(s) doutrinador(es) que ele carrega, isso vai gerar um aumento significativo na geração seguinte. Uma nova mutação pode ser promovida a uma "raridade" através da moderação da sua frequência nesse sentido. Enquanto inistimos em fazer da escolha do "par" um concurso de popularidade, arriscamos introduzir novos problemas tão rápido quanto conseguimos desenvolver testes para os problemas anteriores.

"Carga" Genética e a importancia da fundação

A população humana carrega pelo menos 2500 genes mutantes doutrinadores (ou, melhor dizendo, o alelo dos genes) que causam problemas coronários significativos. A maior parte deles é distribuído de forma igual na população. Para a população de Canis familiaris (cães familiares), a situação é bem familiar. Cada indivíduo carrega, estimativamente, uma "carga genética" de 3 ou 4 "equivalentes letais", que inclui alelos recessivos que matariam se fossem homozigotos. Enquanto forem recessivos, não causam problemas.

No entanto, vamos considerar o que aconteceria se formassemos uma subpopulação escolhendo 10 indivíduos de uma população maior. Esses indivíduos não vão carregar a maioria dos alelos recessivos indesejáveis encontrados no total da população, os poucos que eles carregarão serão instataneamente promovidos a alelos raros (0,1% ou menos) para ao menos 5% da nossa amostragem (ou mais frequentemente, 1/2N, onde N é o número de fundadores).

Porque a derivação aleatória tem um impacto maior em populações menores, a população precisaria crescer rapidamente, ter ao menos muitas centenas de indivíduos reprodutores, para minimizar a perda de alelos valiosos. Durante esse tempo, devemos selecionar cautelosamente. Enquanto for verdade que fixar um "tipo" é um dos objetivos principais de criadores de cães de raça pura, uma seleção muito rigorosa nas primeiras gerações aumenta a possibilidade de perda acidental de genes valiosos ligados a um dos genes da seleção. Dálmatas, por exemplo, são deficientes em uma enzima necessária para a correção do metabolismo do ácido úrico. O gene mutante parece estar ligado a um dos genes que caracteriza o padrão "spotted" que foi inadvertidamente fixado quando os primeiros criadores selecionaram esse padrão (Nash, 1990).

Reconhecendo a mutação

Então, num alelo de frequencia de 5%, indivíduos afetados seriam 0,25% da população, este seria um bom momento para pararmos antes que esse índice cresça mais. No entanto, será que uma mutação que ocorre nessa frequência é reconhecida? Se estivermos falando de uma cria de 4 filhotes, então estamos falando de uma cria entre 100 com apenas 1 filhote afetado. Se não houverem mais notificações, o criador pode escrever que "isso acontece". Em crias maiores, a probabilidade de 2 ou mais filhotes afetados numa mesma cria é bem mais alta, mas mesmo assim, a pouca troca de informações entre criadores e a falta de educação em genética pode resultar em falhas graves na identificação desse problema como genético.

Seleção

A seleção é eficaz se estivermos lidando com fenotipos facilmente identificáveis. No entanto, mutações indesejáveis não se acomodam. Elas tem diversas possibilidades de existência desde mutações silenciosas, que não apresentam efeitos notórios no código proteico, até mutações que falham ao se produzir funcionalmente. Existe ainda uma pequena chance de evolução. Tanto essas, como aquelas classificadas como silenciosas, não são fáceis de lidar. Entretanto, as que não funcionam bem, mas não são eliminadas completamente causam um problema substancial nos dia de hoje. Um exemplo é a mutação vWD em Dobermans. Esta mutação elimina 85-90% da coagulação ativa, mas este nível baixo é ainda suficiente para proteger um homozigoto afetado por um sangramento na maior parte dos casos. Um cão suficientemente "sortudo" para evitar um problema maior ou uma cirurgia provavelmente não seria reconhecido e seria até reproduzido. Em consequência, a frequência do alelo mutado aumenta significantemente para acima de 50% da população. (Brewer, 1999).

E isso não deve ser visto como uma exceção. Menos de uma a cada 3 mutações se apresenta de forma totalmente letal, e as demais cobrem a gama de 0-100% de atividade. Além disso para lidar com uma doença genética facilmente reconhecida numa raça, teríamos que lidar também com resultado de outras que perdem vitalidade mas apresentam um fenotipo pouco óbvio para identificá-la. Se deixamos de perceber um gene que é apenas 10-15% funcional, como faríamos com aqueles que retêm 80 ou 90% das suas funções normais?

Porque isso tudo é um problema?

Numa população pequena, variação leva inevitavelmente à fixação de um alelo. Simulações feitas por computador mostram que se começarmos com um alelo neutro com frequência de 5% na população, como seria o caso se 1 entre 10 fundadores fosse portador, esse alelo seria fixado na maior parte do tempo em 5% (surpresa!). A medida em que a vitalidade homozigota reduz, também reduz a chance de vitória do alelo. Com 5% de redução na vitalidade, os 3,5-4% serão ainda concertados, a maioria em 25 gerações. Com 15% o computador nos mostra que o outro alelo vai vencer na maior parte dos casos - se o alelo doutrinador indesejável não aumentar ao ser conectado a um gene selecionado ou espalhado através de um reprodutor popular. No entanto, uma dessas duas condições será violada frequentemente, conforme discutido acima. Além disso, não há garantias de que a seleção vai discriminar de forma tão efetiva como o computador faz.

Se cada gene como esse reduzir sua vitalidade em 5%, e os efeitos forem sequenciais, poderíamos facilmente lidar com uma população de crias pequenas, longevidade reduzida e grande susceptibilidade a problemas não genéticos. Ainda assim não poderíamos apontar nenhum gene facilmente identificado.

Conclusão

Longevidade e fertilidade, comumente vistas como indicadoras da "depressão consanguínea" foram reduzidos em populações caninas que foram consanguíneas por um tempo relativamente curto (Laikre and Ryman, 1991; Nordrum, 1994). No entanto, a consanguinidade em cães domésticos, na maior parte dos casos, não parece ser causada por criadores que procriaram intencionalmente parentes próximos de primeiro grau[1] (claro que existem exceções), mas pela perda de diversidade causada pela variação e seleção. O resultado da falta de opções fez com que cada indivíduo fosse um parente próximo, não importa qual a estratégia usada pelo criador.

O futuro de cada raça vai depender tanto da sorte quanto da história da raça. O que é efetivo no tamanho da população? Quantos fundadores existem? Quanto tempo durou o período precedente ao fechamento dos livros dos machos reprodutores até que a raça fosse definida? O quão intensa foi a seleção usada para definir o tipo? Houveram estrangulamentos? O quão forte foi a influência dos machos reprodutores populares?

O que podemos fazer?

  1. Podemos controlar muitas doenças genéticas através de pesquisas na localização dos genes e desenvolvimento de testes de DNA para identificar os alelos mutantes. Os resultados desse testes devem ser usados para termos certeza de que portadores sejam somente reproduzidos com indivíduos sãos, ao invés de uma vasta eliminação dos portadores, o que empobrece ainda mais o pool genético.
  2. Podemos explicar aos criadores que mutações sempre farão parte da gente e elas não significam uma falha ou prática ruim de reprodução, e que uma troca de informação aberta pode trazer bons resultados. Podemos também mostrá-los caminhos para que eles atinjam seus objetivos sem fazerem escolhas em detrimento da raça que reproduzem.
  3. Podemos tentar educar os clubes de raça sobre a importância de maximizar a diversidade do pool genético. Como foi explicado na última conferência AKC/CHF pelo Dr. Malcolm Willis, apenas poucos criadores tem noção dos principais problemas causados geneticamente, quantos filhotes têm uma cria normal, ou quanto tempo seus cães vivem. Menos ainda têm alguma idéia de como reter a diversidade existente ou reduzir o coeficiente de consanguinidade.

Notas

[1] Baseado no estudo de pedigrees de 3-4 gerações de Australian Shepherds, Clumber Spaniels, Standard Poodles e Malamutes.

Referências

Brewer, G.M. (1999) DNA Studies in Doberman von Willebrand's Disease. Available online at: http://www.VetGen.com/vwdrpt.html.

Garrod, A.E. (1902) The incidence of alkaptonuria: a study in chemical individuality. Lancet 2: 1616-1620. Available online at: http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/ag-02.pdf.

Laikre, L. and N. Ryman (1991) Inbreeding depression in a captive wolf (Canis lupus) population. Conservation Biology 5: 33-40.

Nash, J. (1990) "The Backcross Project" in The Dalmatian Quarterly, Fall 1990, Hoflin Publishing Ltd.

Nordrum, NMV (1994) Effect of inbreeding on reproductive performance in blue fox (Alopex lagopus). Acta Agriculturae Scandinavica, Sect. A, Animal Sci. 44: 214-221.


©John B. Armstrong, University of Ottawa, Oct. 1999.
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