A nova busca para controlar a evolução | Revista Quanta

A evolução é uma coisa complicada. Grande parte da biologia evolutiva moderna procura reconciliar a aparente aleatoriedade das forças por trás do processo – como ocorrem as mutações, por exemplo – com os princípios fundamentais que se aplicam em toda a biosfera. Gerações de biólogos esperaram compreender a rima e a razão da evolução o suficiente para serem capazes de prever como ela acontece.

Mas embora a previsão continue a ser um objectivo válido, os cientistas estão agora a concentrar-se no seu primo muito mais ambicioso: o controlo sobre a forma como isso acontece.

Isto pode parecer ficção científica, mas os maiores exemplos desse empreendimento vivem em nosso passado. Consideremos o processo de seleção artificial, um termo cunhado por Charles Darwin: Há milhares de anos, os humanos começaram a identificar plantas e animais com características preferíveis e a criá-los seletivamente, o que ampliou essas características nos seus descendentes. Esta abordagem deu-nos a agricultura, uma das invenções culturais mais transformadoras da história da humanidade. Mais tarde, a seleção artificial em animais e as plantas ajudaram-nos a compreender a genética e como os genes evoluem nas populações. Mas por mais eficaz que tenha sido, a seleção artificial ainda é bastante limitada.

Isto é diferente da selecção natural, a força que impulsiona a evolução adaptativa na Terra, onde não há nenhum actor intencional a fazer a selecção. O ator selecionador não é um criador humano, mas a própria natureza, que seleciona as variantes com maior “aptidão” – aquelas com maior probabilidade de sobreviver e produzir descendentes saudáveis. E quando a natureza faz a seleção, os resultados podem ser difíceis de prever.

Agora os biólogos esperam ditar como a evolução acontece a nível molecular e exercer tanto controlo directo sobre o processo reprodutivo como fazemos nas culturas. Podemos orquestrar a evolução, mutação por mutação, em direção a qualquer resultado que preferirmos? 

Surpreendentemente, já estamos no meio do caminho. O 2018 Prêmio Nobel de Química trabalho reconhecido em um método chamado evolução dirigida, que permite aos cientistas projetar novas biomoléculas. Uma das vencedoras, Frances Arnold, foi pioneira em uma maneira de transformar proteínas em laboratório e depois medir sua funcionalidade – por exemplo, quão bem uma enzima metaboliza o açúcar. É então possível isolar as proteínas candidatas de interesse, transformá-las e selecioná-las ainda mais, até gerarmos uma proteína com função melhorada (neste caso, uma enzima que metaboliza o açúcar de forma muito eficiente). Nesse sentido, os químicos atuam como criadores de cães, mas sem depender da reprodução sexuada para gerar a prole proteica. Em vez disso, estão a gerar uma população diversificada de proteínas e a medir as suas propriedades em poucas horas. E ao selecionar o que querem, estão controlando como a evolução acontece.

A partir deste exemplo, torna-se claro que controlar a evolução — orientá-la para determinados resultados — requer conhecimento de como a evolução acontecerá, juntamente com a tecnologia para intervir. Portanto, podemos pensar no problema através de uma equação simples: Controle = previsão + engenharia.

Esse controle pode ser mais sutil que a abordagem de Arnold. Um Estudo 2015 sugeriu o uso de antibióticos em uma determinada ordem para desviar a evolução da criação de patógenos resistentes a antibióticos. E algo semelhante está a acontecer com o tratamento do cancro: os oncologistas estão a tentar aproveitar a nossa compreensão molecular do cancro para orientar células cancerígenas em relação à suscetibilidade a certos medicamentos. Isto é possível porque sabemos que quando uma célula cancerígena desenvolve resistência a um medicamento, pode tornar-se mais suscetível a outros. Esta noção de “sensibilidade colateral” baseia-se em princípios fundamentais de compromissos em sistemas biológicos: Em geral, não existe “almoço grátis” na evolução e a adaptação muitas vezes acarreta custos.

Em trabalhos mais recentes, os cientistas generalizaram estas abordagens. Usando ideias da física quântica, uma equipe multidisciplinar (incluindo médicos, cientistas da computação e físicos) aplicou um método chamado de condução contradiabática para deslocar as populações em direção a objetivos predeterminados. Por exemplo, infecções de algumas cepas de parasitas da malária são mais fáceis de tratar do que outros. Os investigadores podem tentar “conduzir” as populações dos parasitas para as estirpes mais facilmente tratáveis.

Ideias semelhantes estão a ser aplicadas a outros sistemas, como o microbioma, onde os biólogos evolucionistas estão agora a utilizar a evolução dirigida para controlar comunidades microbianas como aqueles que vivem na nossa pele e no nosso intestino. Para fazer isso, eles estão usando o conhecimento de como certos micróbios interagem entre si, juntamente com novas técnicas microbianas que nos permitem introduzir micróbios em uma população de outros micróbios. A esperança é que possamos usar este conhecimento para um dia orientar a composição do microbioma para uma composição associada a melhores resultados de saúde.

Estas descobertas demonstram que, de alguma forma, o controlo evolutivo é uma coisa do presente e não do futuro. Mas a maioria dos exemplos de sucesso ocorreu num pequeno número de ambientes: micróbios, comunidades microbianas e proteínas. E ainda mais, os esforços existentes centram-se no controlo durante curtos períodos de tempo - nenhum cientista razoável pretende ser capaz de controlar a evolução molecular ao longo de décadas ou séculos (fora da selecção artificial que ocorreu ao longo de milénios). O verdadeiro controlo sobre o processo evolutivo permanece estritamente limitado pelos nossos conhecimentos e ferramentas atuais.

Embora os desafios técnicos do controlo evolutivo continuem a ser substanciais, as barreiras éticas também são notáveis. As questões se sobrepõem às que envolvem organismos geneticamente modificados. Quando projetamos uma mutação numa variedade de milho que confere a capacidade de crescer mesmo em ambientes estressantes, influenciamos as gerações futuras dessa variedade de milho. Além disso, seleção de embriões em humanos pode assemelhar-se à seleção artificial, dando-nos a capacidade de orientar o aparecimento de características humanas em populações futuras. Em geral, as aplicações excessivamente zelosas destas tecnologias podem ser motivadas por uma espécie de determinismo genético – a visão ingénua de que as diferenças significativas entre organismos dentro de uma população podem ser explicadas (principalmente) pela sua composição genética.

Se alguma vez tentarmos ingenuamente orientar a evolução nos seres humanos e noutros organismos ao longo de uma escala de tempo mais longa, seremos vítimas de uma espécie de determinismo evolutivo, que afirma que podemos e devemos ter controlo total sobre a forma como a vida evoluirá no futuro. Em última análise, estas ambições são equivocadas. Eles subestimam o capricho da evolução biológica – a dificuldade de considerar todas as forças que moldam o modo como a vida funciona e floresce. Alguns podem imaginar que a inteligência artificial pode ajudar a resolver estas incertezas. Mas a IA não é uma panacéia para a ignorância. É mais eficaz quando já compreendemos os caprichos do sistema que estamos tentando modelar e prever. A biologia evolutiva ainda não atende a esse padrão – pelo menos ainda não.

Podemos (e devemos) simultaneamente entusiasmar-nos com a ambição da biologia moderna e ter a presença de espírito para reconhecer os nossos limites. Por exemplo, o eugenia O movimento sugeriu que a raça humana poderia ser melhorada usando os tipos de métodos que nos deram animais e colheitas domesticados. Agora entendemos que era preconceituoso e baseado em biologia ruim. Exemplos como estes são contos de advertência e deveriam ensinar-nos que tentativas descuidadas de controlar forças tempestuosas como a evolução estão fadadas ao fracasso.

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