Biologia Molecular do Aprendizado

A criança vem engatinhando e coloca o dedo na tomada. Toma um choque e aprende a nunca mais colocar o dedo na tomada. O verme Ceanorahbditis elegans caminha em direção ao sal e não encontra comida. Passa fome e nunca mais vai caminhar em direção ao sal. Em ambos os casos ocorreu um aprendizado por associação. A criança associou a tomada ao choque e o verme, a alta salinidade à fome.

Fernando Reinach, O Estado de S.Paulo

02 Agosto 2014 | 02h04

Sabemos que alguma coisa mudou no cérebro da criança, mas estamos longe de entender o que mudou, que neurônios estão envolvidos, e que moléculas são responsáveis pelas mudanças nos neurônios. Ou seja, não conhecemos a biologia molecular de como uma criança aprende. No caso do C. elegans, os cientistas descobriram não somente as células envolvidas no aprendizado, mas que mudanças em quais moléculas levam o verme a evitar o sal. É o início da biologia molecular do aprendizado.

Essa é uma história que começou em 1963, no final da era clássica da biologia molecular. A estrutura do DNA havia sido descoberta, o código genético elucidado, e já sabíamos como os genes eram capazes de codificar as informações necessárias para a produção de proteínas. Dois mistérios ainda desafiavam os biólogos: como um ser vivo complexo se forma a partir de uma única célula e como funciona o sistema nervoso. O progresso da biologia molecular tinha sido possível, pois os cientistas haviam escolhido seres vivos simples como modelo, vírus e bactérias. Mas esses seres vivos não tinham cérebro nem um corpo com muitas células. Era preciso escolher um novo ser vivo como modelo de estudo. Sydney Brenner propôs o Caenorhabdidis elegans.

Esse verme que vive no solo mede um milímetro de comprimento, é fácil de criar, tem uma genética simples, é transparente (podemos observar seu interior), possui um repertório complexo de comportamentos, e um sistema nervoso relativamente simples. É muito, muito mais simples que um homem ou um rato, mas complexo o suficiente para servir como modelo para investigar a biologia molecular do desenvolvimento e do sistema nervoso.

O esforço começou em 1974. Logo se descobriu que o verme tinha somente 959 células. Em 1977, o desenvolvimento do ovo ao animal adulto foi completamente mapeado. Dessas células, 301 constituem o sistema nervoso. Em 2012, o mapa das conexões que existem entre essas 301 células foi terminado. Seu genoma é pequeno e, em 1998, foi o primeiro genoma de um ser vivo multicelular a ser sequenciado. O verme tem 20.470 genes (nós temos ~22.000 genes). Hoje milhares de cientistas estudam esse pequeno verme. Três prêmios Nobel já foram concedidos para descobertas feitas por esse grupo de cientistas, e sem dúvida o C. elegans é o ser vivo multicelular mais bem conhecido. É no C. elegans que a biologia molecular do aprendizado está nascendo.

O que foi descrito agora são os eventos moleculares que ocorrem em determinadas células do sistema nervoso, quando esse verme aprende a evitar o sal. São dezenas de passos bioquímicos que ocorrem em proteínas de membrana, receptores de hormônios e neurotransmissores. No final desse processo complexo, algumas moléculas são alteradas nas sinapses desses neurônios. Quando isso ocorre, o animal passa a evitar o sal. Em uma série de experiências engenhosas, cientistas japoneses não somente descreveram essa série de eventos, mas demonstraram que é possível induzir somente o último passo dessa cadeia de eventos moleculares para fazer o verme aprender a evitar o sal. Tudo isso sem que ele jamais tenha sentido o gosto do sal.

Guardadas a devidas proporções é como se manipulando diretamente algumas reações químicas no cérebro de uma criança ela aprendesse a evitar tomadas. Eu nunca imaginei que estaria vivo para ver o início da Biologia Molecular da Aprendizagem. Se um dia dominarmos tecnologias capazes de ensinar sem estimular o cérebro por meio de nossos cinco sentidos (como fazemos hoje), mas nos tornarmos capazes de colocar (ou retirar) informação diretamente do cérebro de um ser humano, as possibilidades tecnológicas são enormes. Mas ainda estamos longe disso. Por enquanto, só aprendemos a manipular moléculas que fazem um verme evitar o sal. É só o começo.

* É biólogo

Mais informações: Role of Synaptic Phosphatidylinositol 3-Kinase in a Behavioral Learning Response IN C. Elegants. Science Vol. 345 Pag. 313 2014

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