Genoma completo da jararaca-ilhoa revela como evoluíram os genes responsáveis pelas toxinas do veneno

Sequenciamento é um dos mais completos realizados em serpentes no mundo e serve como referência para todas as jararacas, o que pode contribuir com novas descobertas e para conservação da espécie

Estudo abre caminho para aplicações biotecnológicas, como em medicamentos anticoagulantes ou que diminuam a pressão arterial (foto: Daniel Antônio/Agência FAPESP)

Um grupo apoiado pela FAPESP, liderado por pesquisadores no Instituto Butantan, realizou o mais completo sequenciamento genético de uma jararaca. O foco do trabalho foi o genoma da jararaca-ilhoa (Bothrops insularis), principalmente os genes de veneno. Como a maior parte dos genes da espécie é compartilhada com as outras 48 espécies do gênero, os dados servem como referência para estudos mais amplos sobre a evolução das jararacas e de suas toxinas.

O trabalho foi publicado na revista Genome Biology and Evolution.

A jararaca-ilhoa foi descrita em 1921 como uma espécie diferente da conhecida no continente, chamada simplesmente de jararaca (Bothrops jararaca), cujo genoma foi sequenciado em 2021 (leia mais em: agencia.fapesp.br/35915). Isolada na Ilha da Queimada Grande, no litoral paulista, cerca de 100 mil anos atrás, a população se diferenciou de suas congêneres do continente a ponto de se separar em uma nova espécie (leia mais em: agencia.fapesp.br/37723).

Além das diferenças morfológicas, como a pele amarela, a jararaca-ilhoa possui hábitos semiarborícolas e se alimenta de aves quando adulta. As jararacas do continente, por sua vez, têm cor escura e costumam caçar pequenos mamíferos, como ratos, no chão.

“Estudos experimentais há muito dão conta de que o veneno da jararaca-ilhoa seria mais potente em aves do que em mamíferos. Não encontramos grandes diferenças nos genes de toxinas, mas provavelmente alguma proteína ou pedaço menor de uma delas possa ser suficiente para tornar o veneno mais letal para aves”, conta Pedro Nachtigall, primeiro autor do estudo, realizado durante pós-doutorado no Instituto Butantan com bolsa da FAPESP.

O genoma mostrou que o veneno da jararaca-ilhoa é rico em enzimas e proteínas que causam hemorragias e distúrbios de coagulação, além de potencialmente atuar em outras frentes comuns aos venenos das jararacas do continente, como hipotensão e lesão tecidual.

Os pesquisadores notaram, ainda, que as variações no genoma da espécie não se dão de forma aleatória, pelo que se chama de deriva genética. Pelo contrário, as análises apontaram um alto grau de seleção natural.

“Por ser uma população isolada, essas mudanças poderiam estar se dando de forma aleatória, como resultado de uma baixa variabilidade genética. Não foi o que vimos. Há uma distribuição mais específica, uma assinatura de que existe pressão seletiva. Ela pode ter se dado tanto pela alimentação como pelo próprio fato de a espécie ter ficado restrita a uma área muito pequena”, completa Inácio Junqueira de Azevedo, pesquisador do Instituto Butantan que coordenou o estudo, que integra projeto apoiado pela FAPESP.

Toda a população selvagem da jararaca-ilhoa está restrita aos 43 hectares da Ilha da Queimada Grande, uma das ilhas formadas no litoral paulista após a última glaciação, 100 mil anos atrás, quando o nível do mar subiu consideravelmente.

Além do genoma completo de um indivíduo macho da ilha, o trabalho contou com outros genomas, menos detalhados, de outros oito indivíduos, sete livres na natureza e um que faz parte de um programa de conservação ex situ conduzido no Instituto Butantan. Ao comparar os genomas, os pesquisadores podem compreender melhor a variabilidade genética dentro da espécie.

Entre as futuras aplicações, o estudo serve de base para que se compare o genoma da população selvagem com a de cativeiro, permitindo avaliar a saúde genética desta última. Além disso, o retrato genético da população selvagem ajuda a embasar políticas de conservação da jararaca-ilhoa, considerada criticamente ameaçada de extinção.

Evolução e datação

Ainda durante o doutorado no início dos anos 2000, Junqueira de Azevedo realizou o primeiro estudo de transcriptômica (avaliou o conjunto de moléculas produzido) das glândulas de veneno de uma serpente, justamente a jararaca-ilhoa. Na ocasião, quando sequenciamentos genéticos ainda eram novidade, ele teve bolsa da FAPESP.

Os resultados serviram de base para o estudo atual, que amplia o conhecimento sobre o veneno das jararacas e ainda pode ser explorado futuramente em aplicações biotecnológicas, como em medicamentos anticoagulantes ou que diminuam a pressão arterial, como o captopril, no segundo caso, originado do veneno da jararaca do continente.

“Muito além de encontrar aplicações, estudos como esse ajudam a entender a evolução dos genes de veneno e, nesse caso, flagrou a origem de um subtipo de toxina a partir de um tipo existente”, explica Junqueira de Azevedo.

O genoma completo permitiu ainda realizar uma história demográfica da espécie, a partir de uma população de origem cerca de 100 mil atrás. O modelo matemático estimou períodos de declínio populacional no passado e o número de indivíduos que seria esperado hoje. As estimativas se baseiam na taxa de mutações, considerando uma nova geração de serpentes a cada dois anos.

Segundo o modelo, cerca de 100 mil anos atrás parte de uma população do continente de aproximadamente 140 mil indivíduos provavelmente se isolou em uma montanha que hoje corresponde à Ilha da Queimada Grande. As análises demonstram dois posteriores declínios severos da população, que coincidem com dois possíveis eventos de insularização. Há 50 milhões de anos (chegando a 30 mil serpentes) e 11 mil anos atrás, quando a população foi a 10 mil indivíduos no total.

“Não é possível saber com certeza, mas pode ter havido um primeiro isolamento com a subida do nível do mar, que teria baixado posteriormente e permitido àquela população ter contato com as serpentes do continente e trocado genes com elas. Depois, um segundo evento de elevação dos oceanos as isolou de vez”, afirma Nachtigall, que durante o trabalho realizou estágio na Florida State University, nos Estados Unidos.

Um declínio mais gradual ocorreu entre 10 mil e 5 mil atrás, alcançando cerca de 5 mil serpentes, o que é coerente com o censo atual da ilha, que estimou a população atual entre 2 mil e 4 mil jararacas-ilhoas.

“Conseguimos chegar a um genoma com uma resolução muito alta, o que gera um robusto banco de dados para estudos populacionais, evolutivos, de conservação, genômica e de venenos, tanto para compreender as origens como possíveis aplicações das toxinas”, encerra Junqueira de Azevedo.

O trabalho teve ainda auxílio da FAPESP por meio do Programa BIOTA.

Cerca de 100 mil anos atrás parte de uma população do continente de aproximadamente 140 mil indivíduos provavelmente se isolou em uma montanha que hoje corresponde à Ilha da Queimada Grande (foto: Daniel Antônio/Agência FAPESP)

O artigo The golden lancehead genome reveals distinct selective processes acting on venom genes of an island endemic snake pode ser lido em: academic.oup.com/gbe/article/18/1/evaf243/8379231.

André Julião | Agência FAPESP