ADN do pombo-de-Nicobar e 2 300 alvos de IA levam projeto de regresso do dodó a nova fase de testes

Um pombo vivo está no centro da proposta de regresso de uma ave extinta

A Colossal Biosciences afirma que a sua nova plataforma de inteligência artificial identificou cerca de 2 300 alvos de ADN que poderão ajudar a explicar o bico e a estrutura facial característicos do dodó. A via proposta pela empresa de biotecnologia de Dallas para obter uma ave viva passa por uma espécie encontrada nas ilhas Andamão e Nicobar e noutras zonas do Sudeste Asiático: o pombo-de-Nicobar.

A empresa tem agora 36 pombos-de-Nicobar numa colónia de reprodução no Texas. O plano é usar as células destas aves como material de partida para criar aves com características selecionadas do dodó, combinando ADN antigo, engenharia genética e técnicas reprodutivas que envolvem galinhas como mães de substituição.

O anúncio do GenoMorph da Colossal descreve uma ferramenta treinada com dados de desenvolvimento de codornizes, patos, galinhas e pombos. O objetivo é reduzir uma vasta lista de diferenças genéticas a um conjunto de candidatos que os cientistas possam testar em laboratório.

O projeto enfrenta três tarefas interligadas: descobrir quais as alterações do ADN que produzem as características pretendidas, introduzir essas alterações em células que as possam transmitir à descendência e preparar um habitat adequado nas Maurícias, o único local de origem do dodó. É necessário progredir em cada uma destas áreas antes de uma ave geneticamente modificada poder integrar uma população reprodutora naquele território.

A empresa descreve o animal que pretende criar como um dodó funcional, com características essenciais da espécie extinta. O Museu de História Natural descreve o resultado proposto como um pombo semelhante a um dodó. Esta diferença de linguagem reflete um debate científico central: até que ponto uma ave geneticamente modificada poderá corresponder a um animal cuja aparência e comportamento continuam a ser insuficientemente conhecidos.

Porque é que um único genoma sobrevivente constitui um quebra-cabeças difícil

A Colossal reuniu um genoma de alta qualidade do dodó, em comparação com os 104 genomas de mamute-lanoso referidos no anúncio do GenoMorph. Um genoma é o conjunto de instruções genéticas de um organismo. A existência de muitos exemplares ajuda os investigadores a identificar quais as diferenças comuns numa espécie e quais estão associadas a determinadas características.

As Maurícias apresentam condições difíceis para preservar essas instruções. O calor e a humidade fragmentam o ADN, enquanto as condições mais frias associadas aos restos de mamutes preservaram muito mais material. Com apenas um genoma de alta qualidade do dodó, os cientistas têm menos oportunidades para verificar se uma determinada característica genética era comum nos dodós.

Beth Shapiro, diretora científica da Colossal, trabalhou com Tom Gilbert e John Fjeldså, da Universidade de Copenhaga, para liderar a equipa de sequenciação e montagem. Segundo o plano do projeto do dodó da empresa, a equipa usou ADN extraído de um crânio conservado no Museu de História Natural da Dinamarca.

A Colossal afirma que o genoma foi sequenciado com uma cobertura de cerca de 50X. Isto significa que, em média, as posições do ADN foram lidas cerca de 50 vezes, o que ajuda os investigadores a verificar a sequência. A empresa também descreveu o genoma como estando preenchido em cerca de 95% e a análise como próxima da conclusão. A cobertura mede quantas vezes se faz a leitura; a completude diz respeito à quantidade da sequência recuperada.

Como o GenoMorph procura o bico do dodó

O GenoMorph combina informação sobre aves atuais com a sequência antiga do dodó. A Colossal afirma que os dados de treino incluem ADN regulador recolhido em seis fases do desenvolvimento embrionário e em três regiões envolvidas no desenvolvimento facial, além de informação genética e medições de crânios de mais de 70 espécies de aves.

O ADN regulador funciona como um conjunto de interruptores e reguladores de intensidade. Ajuda a controlar quando um gene é ativado, onde atua e com que intensidade. As alterações nesses mecanismos podem afetar a forma de um bico ou crânio em desenvolvimento.

A análise detalhada da empresa identifica 653 elementos reguladores candidatos associados ao tamanho do bico e 1 698 associados à espessura e à largura. Em conjunto, estas categorias totalizam 2 351 candidatos, um valor compatível com o número aproximado de 2 300 alvos referido no título.

Shapiro explicou como a empresa está a passar das previsões informáticas para as experiências:

Em vez disso, o GenoMorph estuda o desenvolvimento de crânios e bicos em mais de 70 espécies de aves atuais e aprende que interruptores genéticos controlam a sua forma. Deu-nos uma lista restrita de cerca de 2 300 candidatos associados ao tamanho e à forma do bico. Estes alvos estão agora a ser validados em laboratório.

A validação em laboratório consiste em alterar ou testar uma região candidata do ADN e observar o que acontece. Antes de escolher alterações para as células do pombo-de-Nicobar, os investigadores têm de determinar quais os candidatos que afetam o desenvolvimento, qual a dimensão dos seus efeitos e de que forma interagem.

O que torna útil o pombo-de-Nicobar?

O pombo-de-Nicobar é o parente vivo mais próximo do dodó. As suas penas verdes e acobreadas, de brilho iridescente, e a capacidade de voar fazem-no parecer muito diferente da ave extinta. Ainda assim, a sua relação genética faz dele a base do plano de engenharia da Colossal.

O solitário-de-Rodrigues, já extinto, é outra referência importante. A Colossal identifica-o como o parente geneticamente mais próximo do dodó e está a usar o seu genoma para ajudar a compreender quais as características partilhadas pelas duas aves extintas. A distinção é simples: o solitário fornece informação genética antiga, enquanto o pombo-de-Nicobar, ainda vivo, pode fornecer células para experiências e reprodução.

A Colossal afirma que o êxito da reprodução fez a colónia no Texas crescer para 36 aves. A colónia permite aos investigadores estudar o desenvolvimento, a reprodução e a genética, além de fornecer as células especializadas necessárias para a abordagem reprodutiva proposta.

Estas células chamam-se células germinativas primordiais, ou CGP. São células precursoras que acabam por dar origem a óvulos ou espermatozoides. A sua edição oferece uma forma de transmitir alterações genéticas à descendência, em vez de alterar apenas o corpo de uma única ave.

O cultivo de células reprodutivas foi um ponto de viragem anterior

A Colossal anunciou anteriormente que tinha conseguido cultivar durante 60 dias células germinativas primordiais do pombo-das-rochas, o pombo-comum encontrado nas cidades. Os investigadores testaram mais de 300 combinações de nutrientes, fatores de crescimento e outros ingredientes antes de encontrar condições que mantivessem as células em crescimento.

Anna Keyte, diretora de espécies aviárias da Colossal, afirmou que uma receita já estabelecida para células germinativas de galinha tinha falhado noutras aves testadas, incluindo codornizes. Cada espécie pode exigir condições diferentes, pelo que o resultado obtido com o pombo constitui um passo prático para trabalhar com células de pombo-de-Nicobar.

Quando foi anunciado, o estudo sobre o pombo-das-rochas ainda não tinha sido submetido a revisão por pares. A revisão por pares é uma avaliação por outros investigadores antes da publicação numa revista científica. Posteriormente, a Colossal afirmou ter criado as células essenciais que dão origem a óvulos e espermatozoides no seu trabalho com o pombo-de-Nicobar.

Após o anúncio sobre o pombo-das-rochas, a experiência reprodutiva seguinte descrita consistia em usar células de pombo cultivadas para produzir pombos vivos através de galinhas como mães de substituição. O plano da Colossal também prevê testar diferentes condições para melhorar o crescimento de células germinativas primordiais do pombo-de-Nicobar e, depois, introduzir nessas células características selecionadas do dodó.

Porque é que as galinhas fazem parte do plano

A reprodução das aves exige uma abordagem diferente dos métodos de clonagem usados nos mamíferos. A estratégia da Colossal assenta em galinhas portadoras de células reprodutivas derivadas de pombos, depois de as células germinativas das próprias galinhas serem removidas através de engenharia genética.

Os investigadores transfeririam células germinativas primordiais editadas de pombo para embriões de galinha em desenvolvimento. O resultado pretendido são aves adultas de substituição que produzam óvulos ou espermatozoides derivados das células transferidas. A reprodução através deste sistema produziria então descendentes portadores das alterações genéticas selecionadas.

As galinhas são úteis porque os cientistas já têm uma vasta experiência com a sua genética e reprodução. A Colossal afirma também que, por voarem pouco, são mais fáceis de gerir do que os pombos.

Shapiro explicou que a necessidade de estabelecer linhagens maternas e paternas prolonga o processo. Os investigadores têm de obter aves que produzam as células reprodutivas necessárias e reproduzi-las para que a descendência receba as alterações pretendidas de ambos os progenitores. O plano do projeto da empresa identifica também como condicionante técnica a eficiência limitada da introdução simultânea de muitas alterações genéticas.

Uma forma mais rápida de testar alterações dentro de um ovo

A Colossal afirma ter desenvolvido nanopartículas lipídicas capazes de introduzir ferramentas genéticas diretamente em embriões de aves em desenvolvimento. Estas partículas minúsculas, feitas de materiais gordos, transportam ADN, ARN ou componentes CRISPR para dentro das células. O CRISPR é uma ferramenta usada para fazer alterações específicas no ADN.

A vantagem proposta é a rapidez. Os cientistas podem observar de que forma uma edição afeta o desenvolvimento embrionário sem esperar que uma ave atinja a maturidade e complete um ciclo reprodutivo. Isso poderá ajudá-los a testar os candidatos do GenoMorph antes de avançarem para o processo reprodutivo, mais demorado.

As experiências iniciais tiveram como alvo o Runx2, um gene envolvido no desenvolvimento ósseo, em aves como o pombo-das-rochas e embriões de pato. A Colossal relatou alterações visíveis no crânio e nas características faciais após essas edições.

A empresa afirma que os resultados preliminares foram apresentados em conferências sobre desenvolvimento craniofacial e biologia molecular, estando prevista a publicação de um artigo no servidor de pré-publicações bioRxiv. Uma pré-publicação torna a investigação acessível ao público antes da revisão por pares numa revista científica. A próxima tarefa experimental consiste em testar os elementos reguladores candidatos e selecionar alterações promissoras para as células germinativas do pombo-de-Nicobar.

Até que ponto uma ave geneticamente modificada poderá corresponder a um dodó?

O guia de factos sobre o dodó do Museu de História Natural explica uma dificuldade fundamental: os investigadores dispõem de provas limitadas sobre a aparência e o comportamento dos dodós. Não sobreviveu nenhum exemplar completo taxidermizado e apenas dois esqueletos quase completos contêm ossos que se sabe pertencerem a um único indivíduo. Ambos se encontram nas Maurícias.

O museu estima que os dodós tinham cerca de 70 centímetros de altura e pesavam aproximadamente 12 quilogramas. A página do projeto da Colossal indica valores superiores: entre 81 e 97 centímetros e entre 13 e 23 quilogramas. O museu afirma que o peso provavelmente variava consoante a estação do ano, e a investigação retrata uma ave mais esguia e ágil do que sugerem muitas ilustrações conhecidas.

Scott MacDougall-Shackleton, cofundador e diretor do Advanced Facility for Avian Research da Western University, afirma que o desenvolvimento envolve interações entre genes, biologia dos progenitores, hormonas e ambiente. Explicou por que contesta a descrição que a empresa faz do seu objetivo:

Durante o desenvolvimento, o nosso genoma interage com os genomas dos progenitores, as hormonas e o ambiente, de tal forma que os genes são ativados ou desativados de maneiras complexas que não podemos conhecer nem reproduzir no caso de uma espécie extinta.

Leonardo Campagna, biólogo evolutivo do Laboratório de Ornitologia de Cornell, também questionou até que ponto os cientistas conseguem reconstruir a arquitetura genética do dodó e as suas interações com o ambiente. A posição da Colossal é que o seu objetivo consiste em recriar características essenciais e funções ecológicas, e não produzir uma cópia genética completamente idêntica.

As Maurícias precisam de mais do que uma ave pronta a nascer

O dodó desapareceu depois de a caça, as alterações do habitat e a introdução de animais terem transformado as Maurícias. Ratos, porcos e outros animais introduzidos ameaçaram as aves e os ninhos. Qualquer programa de libertação teria de responder a essas pressões e disponibilizar habitat adequado em quantidade suficiente para uma população em crescimento.

A sequência histórica também mostra por que razão a última observação e a data estimada da extinção são diferentes:

• 1598: Marinheiros neerlandeses chegaram às Maurícias, onde os dodós tinham evoluído sem os predadores introduzidos que se seguiram à colonização humana.
• 1662: Foi registada a observação confirmada mais conhecida. O Museu de História Natural também refere uma possível observação tão tardia como 1680.
• Por volta de 1690: Os investigadores David Roberts e Andrew Solow estimaram a data da extinção numa análise publicada em 2003, citada pela Colossal.
• 1865: A descoberta do depósito pantanoso de Mare aux Songes revelou numerosos restos que ajudaram os cientistas a reconstruir o ambiente do dodó.

A Colossal afirma estar a trabalhar com cientistas mauricianos, grupos de conservação e o Governo, incluindo através de uma parceria com a Mauritian Wildlife Foundation. A procura inclui locais sem ratos. Ben Lamm, diretor executivo e cofundador, afirma que os locais de libertação serão escolhidos após trabalho ecológico e consultas às comunidades.

Lamm falou da ambição de produzir milhares de aves com diversidade genética concebida por engenharia. Shapiro afirma que qualquer introdução seria feita gradualmente. O mais recente anúncio sobre inteligência artificial não indicou uma data para o nascimento das primeiras aves; a estimativa anterior de Lamm, de pelo menos cinco a sete anos, foi uma projeção feita aquando do anúncio sobre células reprodutivas, não um calendário agora confirmado.

Benefícios para a conservação e o debate sobre prioridades

Estas técnicas também poderão ser usadas em aves que ainda existem. O cultivo e a preservação de células reprodutivas, bem como a transferência de variantes genéticas úteis, poderão ajudar populações com pouca diversidade genética ou ameaçadas por doenças graves.

A Colossal destaca o pombo-rosado das Maurícias, cuja população, segundo as estimativas na página do projeto, se situa entre 375 e 490 exemplares, em comparação com 77 aves em estado selvagem em 1994. Estes números descrevem uma recuperação que continua a enfrentar problemas de consanguinidade e doenças, incluindo infeções pelo parasita Trichomonas gallinae.

Cock van Oosterhout, professor de genética evolutiva na Universidade de East Anglia, vê potencial na identificação de resistência a doenças em amostras históricas ou espécies aparentadas e na sua introdução em populações vulneráveis. Recebeu um donativo da Colossal para a sua investigação sobre o pombo-rosado. Defende que esta tecnologia pode ajudar na recuperação, mas que a perda de habitat e outras causas da crise da biodiversidade continuam a exigir medidas diretas.

Rich Grenyer, biólogo da Universidade de Oxford, alertou que as promessas de fazer espécies regressar poderão enfraquecer a urgência de evitar extinções. A sua preocupação é o risco moral: as pessoas poderão aceitar mais facilmente a destruição da natureza se acreditarem que uma espécie extinta pode ser substituída mais tarde.

O financiamento da Colossal confere peso prático a estes argumentos. Juntamente com o anterior anúncio sobre células, a empresa revelou ter obtido mais 120 milhões de dólares, elevando o total angariado para 555 milhões e a sua avaliação para 10,2 mil milhões de dólares. O investidor e fundador da XPRIZE, Peter Diamandis, anunciou também a criação da NeoGenesis Capital para financiar empresas que usem a plataforma de biologia programável da Colossal na saúde, na agricultura e na conservação.

O projeto do dodó associa agora um financiamento privado substancial a testes laboratoriais específicos e ao planeamento da conservação. Os próximos marcos são concretos: validar os candidatos de ADN, produzir descendentes saudáveis com alterações úteis e criar condições nas Maurícias para que uma população possa sobreviver.

Pontos principais

• A Colossal afirma que o GenoMorph identificou cerca de 2 300 alvos candidatos de ADN associados ao bico e à estrutura facial do dodó.
• A empresa dispõe de um genoma de alta qualidade do dodó e de uma colónia de 36 pombos-de-Nicobar no Texas.
• A via reprodutiva proposta utiliza células germinativas de pombo editadas e galinhas como mães de substituição.
• As experiências com embriões e a validação em laboratório destinam-se a identificar as alterações genéticas que produzem características úteis.
• A ave pretendida teria características selecionadas do dodó; os cientistas debatem até que ponto poderia reproduzir a espécie extinta.
• O anúncio sobre inteligência artificial não incluiu uma data para o nascimento das aves, e o planeamento da sua libertação exige trabalho sobre o habitat e consultas nas Maurícias.