Um cientista multitalentoso busca as origens da multicelularidade | Revista Quanta

In Cassandra ExtavourO escritório de James na Universidade de Harvard pendura um cartaz com uma bandeira de arco-íris pintada e um convite amigável.

“Você é bem-vindo aqui”, diz.

“Eu levantei isso porque acho importante permitir que as pessoas vejam suas identidades, especialmente quando essas identidades não estão bem representadas”, explicou Extavour, uma geneticista evolucionista que em 2014 se tornou a primeira mulher negra a conseguir um cargo em ciências biológicas na Universidade de Harvard. Faculdade de Letras e Ciências.

A própria Extavour tem múltiplas identidades, tanto profissionais como pessoais, o suficiente para se qualificar como uma verdadeira mulher renascentista. Ela é investigadora do Howard Hughes Medical Institute, mas também uma soprano com formação clássica que se apresenta com a Boston Landmarks Orchestra e a Handel and Haydn Society.

Além de ensinar e cantar, Extavour pesquisa a bioquímica e a genética das primeiras formas de vida na Terra. Ela quer saber como as primeiras células se desenvolveram e eventualmente evoluíram para organismos multicelulares. Quais mecanismos celulares tornou possível uma vida complexa? ela pergunta. Mais especificamente, que influência especial poderão as células germinativas – que produzem óvulos ou espermatozóides, passando a informação genética dos pais para os descendentes – no desenvolvimento da vida multicelular?

Seu trabalho de laboratório, que combina experimentação e matemática avançada, ganhou ampla notoriedade entre os biólogos evolucionistas.

Em seu 2000 tese de doutorado, Extavour mostrou que as células germinativas competem pela oportunidade de levar a sua informação à próxima geração. Em seu laboratório em Harvard, ela mostrou que as bactérias desempenharam um papel na criação de genes que foram importantes para o estabelecimento de linhas de células germinativas em vidas maiores e mais complexas. Mais recentemente, ao estudar ovos de insectos, Extavour e a sua equipa derrubaram uma suposição amplamente difundida sobre o que impulsiona a grande diversidade nas formas celulares.

“Estou muito curiosa sobre as origens da vida multicelular na Terra”, explicou Extavour numa recente entrevista Zoom a partir do seu escritório em Cambridge. “Eu sei que nunca vou ver isso. Mas penso muito sobre isso.”

Quanta conversou com ela em três entrevistas separadas no final do outono. As entrevistas foram condensadas e editadas para maior clareza.

Como sua pesquisa está focada nos começos, vamos começar pela sua. Onde você cresceu?

Toronto, no que era então um bairro da classe trabalhadora chamado Anexo. Foi ocupada quase inteiramente por famílias de imigrantes de todo o mundo.

Você foi uma daquelas crianças que sempre soube que queria se tornar um cientista quando crescesse?

Não. Imaginei que seria músico. Ou talvez uma dançarina. Toquei bateria de aço desde os 4 anos. Já sabia ler partituras desde muito jovem. Estudei instrumentos de sopro na escola primária. Mais tarde, estudei voz.

Havia muita música na minha infância. Meu pai, um imigrante de Trinidad, sustentava a família como técnico na CBC, a Canadian Broadcasting Company. Mas ele também era um músico profissional. Ele realizava concertos regularmente. Eu me apresentei com ele.

Dentro da família, havia a sensação de que meus irmãos e eu poderíamos fazer qualquer coisa que quiséssemos — seja dominar um novo instrumento ou ser admitido na melhor escola secundária da cidade. Se eu manifestasse interesse em alguma coisa, a resposta era: “Vá à biblioteca, aprenda tudo sobre o assunto e faça um plano”.

Sua família parece notável.

A história da família era que éramos pessoas de origem humilde, mas talentosas, enérgicas e incrivelmente criativas.

Definitivamente fomos criados com a ideia de que éramos diferentes, especiais, mas outros podem não reconhecer isso. Nossos pais nos ensinaram: “O mundo nem sempre vai valorizar você pelo que você é. Não deixe que isso o impeça de viver a melhor vida possível.”

Foi um desafio crescer em uma família inter-racial no Canadá dos anos 1970?

Desde cedo entendi que muita gente não gostava do fato de meu pai ser negro e minha mãe ser branca. A família da minha mãe não ficou entusiasmada com o fato de ela ter se casado com um homem negro e ter quatro filhos negros. Demorou para eles aceitarem.

Em retrospectiva, percebi que a natureza externa da nossa família me deu muitas ferramentas úteis. Por exemplo, eu sabia desde cedo que o mundo exterior poderia ser hostil para mim e, portanto, não podia contar com ele para obter um feedback preciso. Desde cedo, adquiri muita prática em decidir por mim mesmo se algo era bom ou ruim - ou interessante. Isso é um trunfo tremendo quando você está projetando experimentos.

Dado o seu interesse inicial em atuar, como surgiu o interesse pela genética em sua vida?

Completamente por acidente. No meu primeiro ano de faculdade, na Universidade de Toronto, me vi em uma situação em que precisei rapidamente escolher uma especialização. Eu estava cantando em coro na época e perguntei à vizinha sentada ao meu lado qual era o dela. “Genética”, disse ela. Foi uma decisão completamente aleatória.

Mas um sortudo?

Sim. Porque os formandos em genética eram obrigados a cursar bioquímica. Eu já havia feito aulas de biologia, mas descobri que elas - pelo menos da forma como eram ensinadas - eram uma lista desconexa de coisas para memorizar.

A bioquímica, por outro lado, era um emocionante quebra-cabeça lógico. Havia todas essas partes diferentes – proteínas, mitocôndrias, genes – e todas elas trabalhavam juntas para formar uma célula que faria coisas. O jogo era descobrir como as peças funcionavam juntas. Achei isso totalmente envolvente.

Bem, eu não cresci em um ambiente acadêmico. Eu não sabia nada sobre carreiras de pesquisa, nem mesmo que o trabalho que tenho hoje existisse.

Mas perguntei na escola e um dos alunos mais velhos me disse: “Se você quiser fazer genética sério, precisará fazer pós-graduação e fazer doutorado”.

Você optou por fazer sua pós-graduação na Europa. Porque lá?

Escolhi a Universidade Autônoma de Madrid porque queria me tornar fluente em espanhol e porque queria estudar com Antonio García-Bellido, um dos mais proeminentes geneticistas do desenvolvimento do século XX. Quando li os seus artigos, ele parecia pensar no desenvolvimento de uma forma que ninguém mais pensava.

Ao pensar nessa decisão mais tarde, em retrospectiva, parecia uma escolha sábia por outro motivo. Se eu tivesse feito minha pós-graduação nos Estados Unidos, o que fui incentivado a fazer, isso teria tornado a pós-graduação mais difícil do que já era. Nos EUA sente-se o ataque constante da divisão racial.

A tese de doutorado que você produziu com García-Bellido, sobre seleção na linha germinativa da mosca da fruta, teve um enorme impacto na genética do desenvolvimento. Por que foi um sucesso de bilheteria?

Porque forneci evidências experimentais diretas para algo que já havia sido levantado como hipótese, mas não mostrado anteriormente. Ou seja, assim como animais inteiros podem estar sujeitos à seleção natural, onde os aptos sobrevivem melhor do que os menos aptos, as células germinativas individuais de um animal em desenvolvimento podem fazer a mesma coisa.

As células germinativas são fascinantes porque são uma novidade especial dos organismos multicelulares. Quase todas as principais formas de vida multicelulares bem-sucedidas se reproduzem com células germinativas. É assim que os genes são transmitidos de uma geração para outra. São eles que proporcionam às células a capacidade de se unirem ou de formarem um grande conglomerado multicelular como uma banana ou uma pessoa.

Então você provou que as células germinativas das moscas da fruta estavam competindo. Mas de que maneira? Qual foi a natureza de sua competição?

Devido às mutações que surgem espontaneamente nos tecidos, as diferentes células germinativas de um organismo podem ter genes ligeiramente diferentes. Essas mutações podem afetar o quão bem as células germinativas crescem e produzem óvulos ou espermatozoides bem-sucedidos, o que as coloca em competição com relação à seleção natural. Mas acontece que muitos desses mesmos genes também afetam os processos de desenvolvimento em todo o resto do corpo. Portanto, este processo de seleção entre as células germinativas pode ter efeitos importantes na saúde e na aptidão dos descendentes produzidos ao longo da vida.

Sua dissertação teve fortes implicações para a biologia evolutiva, não foi?

Isso aconteceu. Compreender como você desenvolve um programa genético para produzir aquele pequeno subconjunto de células reprodutivas é realmente importante.

Grande parte da minha carreira subsequente foi guiada pelo desejo de compreender como uma única célula, o óvulo fertilizado, cria um adulto multicelular complexo feito de milhões de células. Estou tentando descobrir como surgiram os diferentes tipos de células nos organismos.

Entre as perguntas que faço está: como eles sabem o que fazer? Que genes eles usam para fazer isso? E uma vez que a primeira vida na Terra foi unicelular, como é que os genes multicelulares e os tipos de células evoluíram?

O que aconteceu com seus interesses musicais enquanto você tentava entender as células germinativas?

Ao longo do caminho, encontrei maneiras de fazer ciência e música. Enquanto trabalhava em Madrid e mais tarde quando fiz pós-doutorado em Cambridge, no Reino Unido, ainda estudei voz. Além disso, participei de audições e fiz shows nos finais de semana.

Enquanto eu fazia doutorado e pós-doutorado, minha professora de canto estava na Suíça. Ele tinha outros estudantes em Madri e vinha à Espanha a cada seis semanas para trabalhar conosco. Às vezes, eu voava para Basileia para ter aulas. Eu gravava suas aulas e as estudava depois.

É claro que houve momentos em que estes dois interesses estiveram em conflito. Depois que terminei meu doutorado, minha professora de canto me incentivou a me dedicar integralmente ao canto. “Você tem 26 anos agora”, disse ele. “É hora de levar a sério a sua voz. É agora ou nunca."

Eu considerei seu argumento. Mas eu tinha um grande interesse em biologia. No final do dia, tive que encontrar uma maneira de fazer as duas coisas.

Felizmente, tanto como estudante de graduação quanto como pós-doutorado, tive pesquisadores principais muito experientes que me deram muita independência. Contanto que eu fizesse o trabalho no alto nível esperado, poderia fazer meu próprio cronograma.

Isso pode significar passar algumas noites extras no laboratório para colocar as moscas da fruta em forma, porque eu não seria capaz de cuidar delas durante uma turnê de show. Ou carregar as moscas comigo na bolsa para não ter que interromper um experimento.

Você fez seu pós-doutorado com o zoólogo Michael Akam em Cambridge. Numa época em que predomina a bioquímica, o estudo de animais inteiros pode por vezes parecer um regresso a outro século. Por que você escolheu isso?

Porque eu queria levar as descobertas da minha dissertação para o próximo passo. A dissertação examinou como as células germinativas se comportavam em um animal. Em Cambridge, perguntei como as células germinativas se comportavam em todos os animais e como evoluíram. Para isso, estudei ouriços-do-mar, crustáceos e anêmonas-do-mar em laboratório. Depois li a literatura histórica, praticamente tudo o que foi publicado sobre células germinativas de centenas de espécies diferentes.

Ao longo da minha carreira, tentei basear-me em descobertas anteriores, o que por vezes significa sair da disciplina original ou ampliar as suas definições. Neste momento, no meu laboratório, estamos a tentar compreender a evolução do desenvolvimento considerando mais do que os genes.

Estamos incorporando ecologia e meio ambiente em nossos estudos. Em vez de apenas estudar as moscas-das-frutas isoladamente, estamos observando os micróbios que vivem dentro das moscas e as plantas das quais as moscas se alimentam. Com este trabalho, esperamos compreender como os processos de desenvolvimento podem evoluir em ambientes da vida real.

Quais você diria que são as descobertas mais importantes provenientes do seu laboratório de Harvard?

Primeiro, mostrar que a sinalização célula-célula não é uma forma incomum de os animais gerar células germinativas embrionárias – isto é, células que se tornarão óvulos e espermatozoides. A ideia que dominou os livros didáticos durante a maior parte do século XX foi que, nos insetos e na maioria dos outros animais, um “plasma germinativo” no ovo estabeleceu uma linhagem distinta de células germinativas muito cedo no desenvolvimento. Mas mostrámos que nos grilos, as células do corpo são induzidas a transformar-se em células germinativas por sinais dos tecidos circundantes. É o que acontece também com ratos e outros mamíferos, mas pensava-se que era um mecanismo novo que raramente aparecia na evolução.

Em segundo lugar, descobrir em 2020 que os parentes há muito perdidos de oskar, um gene muito famoso por seu papel essencial na reprodução dos insetos, foram na verdade de bactérias, não apenas de animais anteriores. Este gene evoluiu pela fusão de sequências do genoma bacteriano com sequências do genoma animal. Isso sugere que os precursores oskar tinha funções muito diferentes, possivelmente no desenvolvimento do sistema nervoso, e um estudo mais aprofundado de como ele evoluiu para seu novo propósito poderia ser altamente informativo.

Terceiro, falsificar “leis” centenárias que previam as formas das estruturas biológicas. Os ovos dos insetos variam enormemente, em oito ordens de magnitude em tamanho e com formatos totalmente diferentes. As suposições anteriores eram de que algum tipo de “lei” universal, aplicada a todos os animais, poderia explicar a evolução das formas e tamanhos das células e das estruturas feitas de células. No caso dos ovos, havia muitas hipóteses anteriores sobre quais eram essas leis, incluindo, por exemplo, que as dimensões dos ovos refletiam as exigências da taxa de desenvolvimento ou do tamanho do corpo adulto de cada espécie.

Mas construímos um conjunto de dados sem paralelo com mais de 10,000 medições de ovos de insetos e descobrimos que o que melhor previa o tamanho e a forma de um ovo era onde ele seria posto. Ovos postos no chão ou sob folhases são basicamente elípticos. Os ovos postos na água tendem a ser menores e mais esféricos. Os ovos de parasitóides colocados dentro de outros insetos também são pequenos, mas assimétricos.

Como você mudou seu trabalho de Cambridge para Harvard?

Em 2003, Harvard me convidou para dar um seminário. Depois, as pessoas disseram: “Você sabia que há uma vaga para professor assistente em biologia evolutiva do desenvolvimento? Você deveria se inscrever.

Fiquei perfeitamente feliz em Cambridge. Eu tinha acabado de conseguir quatro anos de financiamento para pesquisa. Francamente, não achei que conseguiria o emprego porque tinha uma ideia bastante clara do que Harvard estava procurando e não se parecia comigo. Fiquei surpreso ao receber uma oferta.

Em poucos anos, você conquistou o cargo. Na verdade, você se tornou a primeira mulher negra a ser titular de ciências biológicas na Faculdade de Artes e Ciências de Harvard. Isso foi bom - ou como um fardo?

Ambos. Ouça, esta não foi a primeira vez na minha vida que fui “primeiro”. Ser a única mulher negra num ambiente totalmente branco é essencialmente a história da minha vida profissional. Minha área de trabalho escolhida é predominantemente branca. Muitas vezes, sempre que faço algo profissionalmente, sou a primeira mulher negra a fazê-lo. Isso não é um reflexo sobre mim. Isso é uma reflexão sobre o campo.

Você já sofreu algum preconceito em Harvard?

Não experimentei um grande bloqueio deliberado ou discriminação direcionada. Mas muitas vezes as coisas acontecem. Vou aparecer na porta para fazer alguma coisa e me dizem para usar a entrada de serviço. “Ah, estou aqui para o jantar da Corporação [Harvard]”, explico. “Ah, sim, a entrada de serviço fica nos fundos.”

Ou sou o orador principal de uma conferência. Vou até a recepção e ouço: “Você está esperando alguém?”

É tão constante. Dizer que devemos reagir como “é água que sai das costas de um pato” implica que não há nenhum resíduo deixado para trás. Há um enorme acúmulo de tecido cicatricial. Não posso usar o espaço do meu cérebro para segurar cada um deles porque preciso do espaço do meu cérebro para fazer outras coisas.

É bem sabido que relativamente poucos negros americanos estão estudando para obter graus avançados nas disciplinas STEM. São 14% da população e, no entanto, apenas 7% dos estudantes de doutoramento em ciências e engenharia. Com base no que você testemunhou, por que existe tanta disparidade?

Uma das razões é porque as ciências experimentais e teóricas são, na sua maior parte, fundadas num modelo de aprendizagem ou de gatekeeper. Obtém-se acesso a uma carreira através de um mentor ou conselheiro. Os formadores escolhem formandos com quem se identificam. Se os guardiões pertencem a um determinado grupo, eles perpetuam esse grupo.

Você é capaz de usar sua posição para apoiar estudantes minoritários interessados ​​em carreiras científicas?

Eu faço o meu melhor para aparecer para eles. Priorizo ​​conversar com alunos minoritários quando eles precisam. Para os alunos minorizados, é importante proporcionar uma presença positiva e um ouvido atento.

Dito isso, eu apareço para todos os meus alunos. Para a maioria dos alunos, muitas vezes sou o primeiro professor negro que eles já tiveram. É importante que eles me conheçam.

Sobre a outra parte da sua vida – música. Sua música alimenta sua ciência?

Eu não diria isso – embora quando estou cantando, meu cérebro e meu corpo tenham uma folga da ciência.

E vice versa. Ambas as atividades são extremamente exigentes e absorventes de maneiras diferentes. Mudar de atividades dá a parte de mim a chance de descansar, reabastecer e refletir sobre coisas no subconsciente enquanto estou ocupado com outra coisa. As coisas subconscientes podem voltar à tona quando eu voltar.

Talvez haja alguma sobreposição na realidade de que ambas são empresas criativas de resolução de problemas. Na arte, você tem algo a comunicar. Você escolhe o meio. Você tenta aperfeiçoar sua expressão e sai e faz isso. Na ciência, você reúne seus recursos, responde a uma pergunta e a comunica ao mundo. Nesse sentido, eles são um tanto semelhantes.

Você se apresentou em dezembro no Lincoln Center em Nova York como parte de um conjunto apresentando o álbum de Handel Messias. Como você se prepara para tal performance?

Para ser honesto com você, imagino sucesso. Enquanto esperamos nossa entrada nos bastidores, vejo em minha mente o final do show e os aplausos. Imagino aplausos de pé e ver as pessoas na primeira fila com olhares de alegria no rosto. Imagino-me durante a performance: sentindo-me livre, sentindo-me preenchido pela música, sentindo que meu corpo é um recipiente para a comunicação da música.

Você já se arrependeu de não ter se mudado para a Suíça quando teve a chance e se dedicar à música em tempo integral?

Não. A ciência foi uma escolha que me levou a uma carreira incrível e emocionante: passo a maior parte do meu tempo tentando entender as origens da vida multicelular e das células germinativas, e na verdade é meu trabalho remunerado fazer isso! Quero continuar escolhendo isso. É super interessante e divertido.