Introdução:
Bem-vindo ao Instituto Salk Onde as Curas Começam podcast, onde os cientistas falam sobre descobertas revolucionárias com seus anfitriões, Allie Akmal e Brittany Fair.

Allie Akmal:
Estou aqui com a professora associada Julie Law, que é membro do corpo docente de biologia vegetal de Salk. Ela estuda como as marcas químicas no DNA influenciam como os genes podem ser acessados ​​pelo maquinário da célula. Mesmo que o DNA de uma planta ou animal não mude durante sua vida, essas modificações químicas mudam permitindo que o organismo se adapte às situações sem alterar seu DNA fundamental. Julie Law, bem-vindo ao Onde as Curas Começam.

Julie Lei:
Ótimo. Muito obrigado Allie por essa introdução realmente agradável. Estou super feliz por estar aqui hoje.

Allie Akmal:
Você estuda modificações químicas no código genético, conhecidas como modificações epigenéticas. E isso inclui a adição de etiquetas químicas chamadas grupos metil ao DNA, que são como post-its colados no DNA dizendo quais genes devem ser ativados ou desativados. Mas antes de tudo isso, você obteve um diploma de bacharel em bioquímica e biofísica, e depois um doutorado em bioquímica estudando parasitas. Existe um fio condutor em tudo isso?

Julie Lei:
Tem havido um tema muito comum em toda a pesquisa, e meu interesse realmente começou em tentar entender os papéis que os RNAs desempenham na regulação de diversos processos biológicos.

Allie Akmal:
E os RNAs são como primos do DNA?

Julie Lei:
Exatamente. Portanto, existe esse dogma central sobre o fluxo de informações. Todas as informações são meio que conectadas no código do DNA e então precisam ser traduzidas para outros idiomas para que o maquinário celular entenda e use essas instruções. E o RNA é uma dessas etapas intermediárias de tradução.

Locução:
Em outras palavras, as instruções genéticas codificadas no DNA são copiadas no RNA, que é então enviado para as fábricas de proteínas das células para guiar a montagem das proteínas. É como escanear uma receita de cupcake favorita de um livro de receitas e enviá-la por e-mail para uma amiga que então faz cupcakes em sua própria cozinha. O livro é o DNA, esta cópia é o RNA e os cupcakes são as proteínas.

Julie Lei:
E então os RNAs originalmente eram apenas esse intermediário entre o DNA e a maquinaria, então ao longo de muitas, muitas décadas e muita pesquisa, percebeu-se que o RNA desempenha um papel realmente fundamental em um conjunto diversificado de processos fora disso tradução inicial da informação. Então, sim, entender como esses RNAs podem ser usados ​​para outros processos além da tradução de informações diretamente do DNA é algo que me interessa há muito tempo. Então, como estudante de pós-graduação, estudei como pequenos RNAs podem orientar a edição de transcritos mitocondriais, o que é uma etapa importante para garantir que as proteínas mitocondriais possam ser produzidas e funcionem adequadamente.

Allie Akmal:
E as mitocôndrias são uma espécie de estações de energia da célula? Isso está certo?

Julie Lei:
Exatamente. E o interessante sobre esses RNAs é que eles realmente guiam a sequência dos RNAs mitocondriais para que possam ser traduzidos adequadamente pela nova maquinaria celular em proteínas. E assim esta informação da sequência de RNA desempenhou um papel muito importante em garantir que você tenha o funcionamento adequado das mitocôndrias.

Allie Akmal:
OK. Então, as etapas do processo que ajudam o organismo a obter energia não estavam funcionando corretamente?

Julie Lei:
Um lugar para outro.

Allie Akmal:
OK. Então esse foi o seu trabalho de pós-graduação, então o que aconteceu a seguir?

Julie Lei:
No final do meu trabalho de pós-graduação, eu estava realmente interessado em tentar entender diferentes processos em que pequenos RNAs podem estar guiando modificações, então passei de RNAs guiando modificações para outros RNAs, para RNAs guiando modificações no DNA.

Allie Akmal:
Ah, tudo bem.

Julie Lei:
E assim, o processo que acabei estudando como pós-doutorando foi como pequenos RNAs podem guiar o direcionamento da metilação do DNA para regiões específicas do genoma.

Allie Akmal:
E se eu estou entendendo corretamente, você está dizendo que esses RNAs, que normalmente em nosso senso de biologia do ensino médio são o que o DNA é copiado e usado para fazer proteínas, você está dizendo que esses transcritos de RNA estão realmente chegando voltando a influenciar o DNA?

Julie Lei:
Exatamente. Então, em vez de apenas ter esse tipo de papel intermediário, alguns tipos de RNAs têm uma vida muito separada desse dogma central. Em vez disso, estamos voltando e interagindo com o DNA e regulando como esse DNA é usado.

Locução:
Então, para entender como isso é surpreendente, em nossa analogia com o cupcake, é como a receita voltando e abrindo o livro de receitas em uma determinada página ou restringindo o acesso a determinadas páginas do livro de receitas.

Allie Akmal:
E a regulação do DNA é muito importante porque pensamos que este é o nosso código imutável, mas cada célula do seu corpo ou cada célula de uma planta tem o mesmo DNA. E assim, regular quais genes estão ligados ou desligados é como você tem diferentes tipos de células. Certo?

Julie Lei:
Exatamente. Então eu gosto de pensar nisso como um Escolha sua própria aventura [livro], onde você tem todo o seu genoma e, à medida que avança no curso dos desenvolvimentos, são tomadas decisões sobre onde você vai estabelecer essas diferentes modificações, e isso afeta a trajetória de uma célula. Assim como quando você tem um Escolha sua própria aventura livro, quando você está decidindo para qual página ir, você está seguindo um caminho de mão única.

Allie Akmal:
Essa é uma ótima analogia. Como você acabou optando por fazer esse trabalho nas plantas? Por que as plantas eram particularmente boas para estudar esses processos?

Julie Lei:
Sim. A metilação do DNA e uma ampla variedade de modificações diferentes nas proteínas que empacotam o DNA, chamadas histonas, são altamente conservadas em uma variedade diversificada de organismos eucarióticos.

Locução:
Em biologia, dizer que algo é altamente conservado indica que é importante porque a evolução o manteve em muitos tipos diferentes de organismos ao longo do tempo. Em outras palavras, as etiquetas de metil do DNA e as proteínas de empacotamento são muito importantes para a vida.

Julie Lei:
E então é uma grande questão: por que estudar isso em plantas, por que não estudar em outros sistemas? A força é várias vezes. A primeira é que você pode obter mutantes genéticos viáveis, e isso permite que você manipule o processo. Assim, você pode descobrir quando ajustar isso o que está errado. No contexto de um organismo vivo viável, isso está se desenvolvendo mais ou menos normalmente. E esta é uma situação muito diferente dos sistemas dos mamíferos, onde perturbações análogas levam à letalidade embrionária, ou defeitos de desenvolvimento muito graves, tornando difícil entender qual é a causa e a consequência de coisas particulares. É o defeito no desenvolvimento, ou é o defeito nas modificações?

Isso é algo que torna as plantas um bom sistema para estudar. Porque você pode fazer perturbações muito grandes e estudar seus efeitos, independentemente de defeitos no desenvolvimento. E outra razão pela qual as plantas são um ótimo sistema para isso é que elas têm um tempo de vida muito curto, permitindo-nos olhar para as coisas ao longo de várias gerações e uma grande quantidade de recursos genéticos. Assim, podemos, por exemplo, introduzir coisas novas no genoma da planta ou remover coisas do genoma da planta e entender como isso afeta o processo.

Allie Akmal:
Mas os processos são muito semelhantes nas células vegetais e nas células animais, certo? Então você pode realmente encontrar relevância para as células animais estudando as células vegetais.

Julie Lei:
Sim. Existem muitos conjuntos de máquinas e processos muito compartilhados. Várias das primeiras descobertas seminais de plantas mostraram-se agora muito semelhantes nos sistemas de mamíferos. E assim as informações geradas na comunidade de biologia vegetal realmente ajudaram a informar e agilizar os estudos em outros sistemas.

Allie Akmal:
Uau, isso é muito legal. E você faz o seu trabalho na planta modelo Arabidopsis thaliana, Isso está certo?

Julie Lei:
Um lugar para outro.

Allie Akmal:
E se você puder nos explicar o que é uma planta modelo e por que essa em particular é tão boa?

Julie Lei:
Sim. Muitas áreas da ciência usam sistemas modelo por uma variedade de razões diferentes. Na maioria das vezes é por causa da organização mais simples do organismo. Por exemplo, uma árvore sobre a qual podemos ou não saber muito. Sabemos muito sobre o Arabidopsis modelo. Em primeiro lugar, seu ciclo de vida é muito curto, o que nos permite fazer descobertas mais rápidas. E logo no início, houve muitos esforços da comunidade na construção de recursos. Sabemos muito sobre a sequência do genoma e agora sabemos informações sobre como os genomas variam em diferentes localizações geográficas e como os diferentes padrões de marcas de cromatina são configurados em diferentes estágios.

Allie Akmal:
Isso é muito interessante. Quais são algumas das grandes questões que você está tentando responder em seu trabalho?

Julie Lei:
Algumas das perguntas que estamos tentando responder estão relacionadas a como a diversidade é gerada nesses padrões de modificações do DNA. Então, você introduziu lindamente essa ideia de que diferentes células ou diferentes tipos de células podem ter diferentes padrões de metilação. Isso é muito bem caracterizado em sistemas de mamíferos e também em algumas espécies de plantas diferentes, mas é muito pouco compreendido como essa diversidade é gerada, porque você não quer mudar os padrões de metilação do DNA toda vez que se divide. Você não quer retroceder em seu Escolha sua própria aventura [livro].

Allie Akmal:
OK. Mm-hmm (afirmativa). Então isso configura esta questão. Se você está sempre copiando a mesma informação da geração anterior para a nova célula, então como é que quando você olha para um determinado organismo, você realmente vê diversidade nesses padrões? E essa diversidade é algo que você pode ver com o olho se olhar para um monte de plantas?

Julie Lei:
Por exemplo, há casos em nosso modelo de fábrica Arabidopsis, onde se você tiver uma alteração não na sequência do DNA, mas apenas no padrão de onde está a metilação, você pode fazer com que a flor tenha um atraso no desenvolvimento. Portanto, esperará mais tempo antes de produzir flores.

Allie Akmal:
Na Salk, uma das coisas em que você está trabalhando é a Harnessing Plants Initiative. Você pode falar um pouco sobre isso primeiro, o que é e então talvez como seu trabalho se encaixa na Harnessing Plants Initiative?

Julie Lei:
A Harnessing Plants Initiative envolve todo o corpo docente de biologia vegetal da Salk, e nós meio que unimos nossa experiência coletiva para tentar resolver um problema globalmente importante, que é claro, é a mudança climática. Portanto, esta iniciativa tem como objetivo principal tentar usar as plantas e a biologia vegetal como forma de reduzir o CO2 da atmosfera e ajudar a mitigar as mudanças climáticas. E assim, os principais objetivos que temos na iniciativa - ou um dos principais objetivos, é usar nossa experiência em biologia vegetal para projetar cultivos de linha e cobertura para armazenar mais carbono no solo. E a estratégia que estamos adotando é tentar projetar ou criar versões de plantas que realmente retirem o CO2 da atmosfera durante o processo normal de fotossíntese, retirem o carbono desse CO2 e o usem para construir a biomassa de a planta.

Allie Akmal:
Mm-hmm (afirmativa). OK.

Julie Lei:
No final da estação de crescimento, é claro, muito desse carbono é liberado novamente na atmosfera como CO2 pela atividade de micróbios e esse tipo de coisa quando a planta está se decompondo. Mas alguns desses carbonos podem ser armazenados em moléculas que não são facilmente decompostas e, dessa forma, podem permanecer no solo por longos períodos de tempo. Então, ao longo de muitos ciclos de crescimento, você pode prender carbono e moléculas mais estáveis ​​no solo. E então, esse é o objetivo geral.

Allie Akmal:
OK. E então, como sua pesquisa se encaixa nesse objetivo?

Julie Lei:
Sim, então os aspectos da minha pesquisa que estão mais alinhados com esta iniciativa são a compreensão da regulação genética. E assim, se quisermos identificar ou gerar plantas que possam transportar mais carbono para essas moléculas de armazenamento de carbono de vida muito longa, podemos chamá-las, você quer não ter que recriar a roda. Você não quer ter que projetar cada etapa do processo, desde a absorção do CO2 até a geração dessa molécula rica em carbono. O que você quer fazer é entender como a planta normalmente liga o maquinário necessário para fazer esse processo. E assim, com base em nossa compreensão da regulação de genes e dos processos de regulação de genes em diferentes tipos de células, estamos tentando aproveitar essas informações para entender como as plantas normalmente geram essas moléculas e, em seguida, aumentar o processo e fazer com que elas façam mais bem como fazê-los realocar essas moléculas para as partes da planta em que estamos interessados.

Allie Akmal:
Então, basicamente, você deseja aumentar a capacidade deles de bloquear o carbono nessas formas que não se degradam tão facilmente?

Julie Lei:
Exatamente.

Allie Akmal:
OK. Muito legal. Mudando de marcha, um pouco. O que o trouxe a Salk?

Julie Lei:
Salk é um lugar realmente especial em muitos níveis. Para mim, um dos grandes pontos de atração foi a força tanto do programa de biologia vegetal quanto do programa de estudo da epigenética da regulação de genes. Há muitos lugares que estudam esses processos de forma independente, mas muito poucos que reúnem um conjunto diversificado de estudos de espécies e organismos relacionados a esses processos. Portanto, foi realmente uma oportunidade única ingressar em um instituto de biologia vegetal de renome mundial, mas também estar cercado por pessoas que estudam o papel da epigenética no câncer e os papéis da estrutura do genoma na estabilidade do genoma. Fiquei realmente atraído por essa ideia de que estudar processos de diferentes ângulos e em diferentes organismos pode realmente dar uma ótima perspectiva sobre a ciência, ter um lugar que valoriza esse tipo de diversidade foi muito atraente para mim.

Allie Akmal:
E você acha que está tendo esses tipos de conversas interespécies ou interdisciplinares com as pessoas agora que está no Salk?

Julie Lei:
Oh sim. O tempo todo.

Locução:
Um pouco das brincadeiras entre espécies em que o laboratório de Law se envolveu foi para ver se uma célula animal produziria proteínas vegetais. Eu perguntei a ela sobre isso aqui.

Allie Akmal:
O que você estava tentando fazer? Veja só se era possível?

Julie Lei:
Oh, certamente era possível. Queríamos saber se uma proteína que encontramos em uma determinada coisa nas plantas era - se essa função foi conservada ao longo da evolução. E então queríamos saber depois que descobrimos que uma determinada proteína estava envolvida em uma resposta de sinalização em plantas, queremos saber se ela realmente poderia recapitular parte desse processo de sinalização em células de mamíferos.

Allie Akmal:
Uau! Então você tinha essa proteína que estava envolvida em um processo de comunicação nas plantas e queria ver se ela tinha essa mesma função nas células animais?

Julie Lei:
Um lugar para outro.

Allie Akmal:
E você descobriu que sim?

Julie Lei:
Nós não… mas foi uma experiência divertida [riso].

Allie Akmal:
Você sempre se interessou por ciência?

Julie Lei:
Sempre me interessei por ciências e matemática - e ciências em geral, mas foi só no final da faculdade que percebi que você poderia trabalhar em um laboratório de pesquisa, fazer novas descobertas e ser pago por isso. Eu tive a experiência de saber que as pessoas trabalhavam em laboratórios, por exemplo em hospitais, mas essa ideia de que havia todo esse motor de pesquisa científica básica alimentando isso estava escondida de mim.

Allie Akmal:
Como você descobriu isso?

Julie Lei:
Quando eu estava - desde o meu segundo ou terceiro ano na faculdade, tive a oportunidade de fazer um estágio de verão pesquisando em um laboratório, e isso meio que abriu minha mente para todas essas diferentes possibilidades. E, na verdade, foi isso que me convenceu a mudar do pré-médico para o curso de bioquímica e biofísica.

Allie Akmal:
Que interessante! Você sente que foi absolutamente a decisão certa para você?

Julie Lei:
Oh sim. Eu realmente adorei. Eu era viciado no laboratório desde o início.

Allie Akmal:
Foi a pesquisa em si, foi o colegialismo ou muitos laboratórios são como uma família?

Julie Lei:
Acho que foi o ambiente familiar do laboratório com certeza. Na graduação, quando me apaixonei pela ciência - como provavelmente muitas pessoas, meus experimentos não funcionaram de verdade. Fui apresentado ao processo e à ideia no espaço intelectual, mas o que eu estava realmente tentando fazer não funcionou. Portanto, acho que foi um bom sinal que, embora todos os meus experimentos estivessem falhando, eu ainda adorasse trabalhar no laboratório.

Allie Akmal:
[rir] E essa é uma lição muito importante na ciência. Certo? A maioria de seus experimentos provavelmente não funcionará.

Julie Lei:
Uma vez que você aprendeu alguma coisa, quer funcione ou não, é como o experimento perfeito. Você faz algo e se funciona, isso te diz algo, se não funciona, isso te diz algo também.

Allie Akmal:
Então é um ganha-ganha?

Julie Lei:
Mm-hmm (afirmativa).

Allie Akmal:
Que tipo de coisas você gosta de fazer fora do trabalho?

Julie Lei:
Eu gosto do ar livre. Cresci acampando e andando de moto e...

Allie Akmal:
Oh, uau!

Julie Lei:
Um monte de esportes. Agora não faço tantas dessas coisas, mas ainda gosto de caminhar e estar ao ar livre.

Allie Akmal:
Você andou de moto off-road?

Julie Lei:
Sim, fora de estrada.

Allie Akmal:
Uau! OK. Isso soa muito aventureiro.

Julie Lei:
Sim. Acho que cresci fazendo isso, então não pensei nisso como uma aventura, mas sim. Agora, olhando para trás, acho que foi muito divertido.

Allie Akmal:
Você teve algum derramamento ruim?

Julie Lei:
Ah sim, claro. Sim. Eu bati em uma árvore uma vez com muitas pessoas assistindo. Então isso foi muito embaraçoso.

Allie Akmal:
[rir] Oh não. O que faz você acordar de manhã animado para ir ao laboratório ou o que torna difícil para você dormir à noite?

Julie Lei:
Sim. Eu gostaria de poder ficar animado em vir para o laboratório agora [rir]. É como se estivéssemos todos presos nesse modo de interação restrita. Antes de trabalhar em casa, acho que entrar, ver o que as pessoas estão fazendo, ver o que o dia vai trazer, sempre foi muito emocionante. E então ficar acordado à noite - as coisas de sempre, tirar todos os seus papéis e obter todo o seu financiamento e preparar todas as suas apresentações. Há uma lista interminável de coisas a fazer que são necessárias para levar a ciência adiante, e nunca há horas suficientes no dia para fazer todas as coisas que você deseja.

Allie Akmal:
Mas você ainda recomendaria uma carreira em ciência para as pessoas?

Julie Lei:
Oh sim. Eu amo isso. Essas são coisas que o mantêm acordado, mas não porque sejam coisas ruins, apenas porque há tantas coisas para fazer que você sempre tem uma lista em mente de todas as coisas que deseja alcançar.

Allie Akmal:
E uma coisa que me ocorre é que as mulheres não estão sub-representadas na biologia, mas vocês têm esse tipo de formação em matemática, física e biologia, o que é um pouco mais incomum. Então, você tem algum conselho para mulheres interessadas em ciências e talvez em algumas das ciências “mais difíceis”, como a física?

Julie Lei:
Sim. Para mim, eu sempre gostei. Eu sempre fui atraído por isso. E então, pensando bem, acho que não houve nenhum curso em que eu fosse a única mulher, mas com certeza estávamos em minoria. Mas eu apenas encorajaria as pessoas a seguirem sua paixão. Se você está realmente interessado nisso, não deixe que as pessoas o convençam de que você não pode fazer isso ou que não deveria estar fazendo isso. Siga suas paixões.

Allie Akmal:
Bem, essas palavras parecem muito boas para terminar. Muito obrigado por se juntar a nós hoje.

Julie Lei:
Muito obrigado, Ally.

Final:
Junte-se a nós na próxima vez para mais ciência Salk de ponta. No Salk, cientistas de renome mundial trabalham juntos para explorar ideias grandes e ousadas, do câncer ao mal de Alzheimer, do envelhecimento às mudanças climáticas. Onde as Curas Começam é uma produção do Salk Institute's Office of Communications. Para saber mais sobre a pesquisa discutida hoje, visite salk.edu/podcast.