Por trás da ciência de Orphan Black

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Foto via Rosie de Belgeonne (Vimeo) sob a licença The Creative Commons.

 

Orphan black (OB) é uma série de ficção científica que envolve clones humanos, mulheres cientistas e muita ciência. As personagens principais são resultado da atuação de uma só atriz, Tatiana Maslany. Além das protagonistas vividas por Tatiana, outras personagens mulheres tem papel fundamental no desenvolvimento da saga do Clone Club 1, como a guerreira Siobhan Sadler (Mrs. S), as cientistas Delphine Cormier e Susan Duncan e a médica Virginia Coady. Além da série não utilizar o estereótipo de que cientista é homem, dá um grande papel na trama para as mulheres. Há extensas falas de personagens mulheres e seus diálogos refletem a complexidade de suas vidas, de suas lutas, de suas descobertas e muito raramente estão associados a seus relacionamentos com homens. Assim sendo, OB, passaria facilmente no teste de Bechdel 2. Há muitos materiais já publicados que definem OB como uma série feminista.

Todos capítulos das cinco temporadas são inundados com assuntos que cientistas convivem diariamente como metodologia científica, questões de ética e leis sobre aquisição de patentes. OB é considerada uma das séries onde a ficção científica é mais realista com a ciência.

Os aspectos científicos dos episódios são discutidos por uma estudante de doutorado na área de genética, Casey Griffin, e uma divulgadora científica, Nina Nesseth, no blog The Mary Sue. Logo após o episódio final da série que foi ao ar em 12 de agosto, Casey e Ninah publicaram no 22 do mesmo mês, o livro “The Science of Orphan Black”.

Orphan Black book

Vamos falar da crazy science3 da série? Aqui estão alguns dos pontos mais interessantes.

Quem está por trás da ciência em OB?

Cosima Herter é a consultora de ciências de OB e amiga de um dos criadores da série Graeme Manson. No inicio da série, Cosima Herter fazia seu doutorado sobre o desenvolvimento histórico da biotecnologia no século XX. Não é nenhuma coincidência a existência de uma personagem também chamada Cosima. A personagem Cosima Niehaus é uma cientista brilhante, inspirada em Cosima Herter.

Graeme apresentou sua ideia sobre seu projeto de clones humanos e Cosima foi a responsável por trazer a ciência de uma forma mais real e precisa para os escritores. Cosima e Graeme gostariam de expor tópicos polêmicos, explorar o conceito de individualidade, uma vez que somente o DNA não determina quem você é. Ele só contribui como um dos componentes da sua individualidade.

As descobertas em OB e a linha do tempo das descobertas da ciência

A ciência de OB está um pouco mais avançada no espaço e tempo que a ciência que vivenciamos. Susan e Ethan Duncan obtiveram clones humanos em 1984 e a ovelha Dolly nasceu em 1996. A geneticista Jennifer Doudna da Universidade da Califórnia, Berkeley, diz no artigo publicado em The New Yorker que clonar um ser humano em 1984 seria impossível.

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O que são clones? Existem clones humanos?

Criar um indivíduo completo geneticamente similar a outro é chamado clonagem reprodutiva. Clonagem humana também foi um dos tópicos da famosa novela: O Clone.

Há vários métodos para produzir seres idênticos. Uma delas é chamada Transferência Nuclear de Células Somáticas (TNCS), Somatic cell nuclear transfer, em inglês. Foi com a utilização dessa técnica que a mascote da clonagem, a ovelha Dolly4, foi produzido (veja a figura abaixo). Essa mesma técnica foi utilizada para a produção dos clones em OB. Para a criação dos 274 clones do Projeto Leda e os clones do Projeto Castor, eles retiraram o núcleo (parte da célula que contém o material genético) de um óvulo e inseriram o núcleo de uma outra célula somática (células que não são progenitoras como o óvulo e espermatozoide) proveniente de um indivíduo adulto doador. Um pequeno pulso de eletricidade fez o núcleo do doador penetrar no óvulo vazio e estimular a multiplicação celular. Depois o embrião gerado foi implantado no útero de uma mulher, que serve de incubadora, para completar a formação do embrião.

Dolly

O processo de clonagem da ovelha Dolly

 

Até então, não foi descrito nenhum humano obtido por clonagem reprodutiva. Clonagem reprodutiva de humanos é proibida nos Estados Unidos e em diversos países. No entanto, muitos outros não possuem nenhuma legislação sobre este assunto. Já no Brasil, foi proibida em 2005 (lei 11105/05). É possível encontrar empresas que dizem fazer clonagem humana. A empresa Clonaid relata que foi responsável pelo primeiro clone humano chamado Eve. Não há nenhum registro e resultado publicado que confirmem isso.

Qual é o índice de sucesso da TNCS?

Criar um clone por essa técnica é uma tarefa árdua. Dolly foi resultante de 277 tentativas. Para produzir o primeiro cão clonado Snuppy foram necessárias 1.095 tentativas. No geral, a taxa de eficiência é de 1 a 5%. Já imaginou quantas tentativas foram feitas para produzirem 274 clones do projeto Leda?

Por que a transferência Nuclear de Células Somáticas é ineficiente?

A divisão celular é processo muito bem orquestrado e qualquer erro pode ser letal para célula. Se a célula é estimulada a se dividir no tempo não ideal, pode desencadear erros no processo de divisão, resultando em anormalidades cromossomais e morte celular. Para a célula se dividir, necessita fazer cópias dos cromossomos e fazer com que estes sejam alocados adequadamente nas células resultantes da divisão, isto é, nas células filhas. Para que isso aconteça, é necessário que o fuso mitótico funcione perfeitamente. Eles relatam esse problema em OB como spindle protein problem. Na série, Susan Duncan foi capaz de solucionar esse problema. A partir das células de um dos clone Leda, Rachel, foi gerada Charlotte, que é clone do clone. Foram 400 tentativas para obter 1 clone viável. Em relação a nossa realidade, em 2013, cientistas modificaram a técnica de TNCS para evitar esse problema com o fuso mitótico e erros na divisão celular. Deve ser sido um dos métodos que Susan utilizou em OB.

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Componentes do fuso mitótico em verde e vermelho e cromossomo em azul. Fonte Wikipédia.

Quais são as aplicações da clonagem reprodutiva?

Uma delas é reviver as espécies de animais extintas. Para isso, seria necessário ter células preservadas ou saber a sequência inteira de todo genes. Além disso, ter um animal compatível que gestasse o embrião. O clone de um tipo de cabra selvagem extinta (Pyrenean ibex) foi produzido em 2009 infelizmente o clone morreu após o nascimento. Muito possivelmente, no futuro, será possível resgatar espécies de animais que não existem mais e isso é crazy science!

Em OB, os clones foram criados por Susan e Ethan Duncan e foram os cientistas líderes do projeto Leda5 que resultou na produção de clones de sexo biológico feminino. Foram criados Sara Manning (protagonista principal), Cosima Niehaus, Alison Hendrix entre outros clones.

Enquanto o objetivo de Ethan era produzir crianças, Susan queria criar humanos com caraterísticas superiores. Eles implantaram embriões obtidos por clonagem reprodutiva em diversas mulheres com função de barriga de aluguel. Após o nascimento, os cientistas colocaram monitores humanos para averiguar o comportamento de cada clone. A maioria dos clones e monitores não tinham conhecimento sobre o projeto.

Quem é o doador do material genético dos clones?

A doadora do material genético para a produção tanto dos clones de sexo biológico feminino como masculino é Kendall Malone, mãe de Siobhan Sadler (Mrs. S). Quando Kendall estava na prisão, Ethan Duncan examinava amostras de prisioneiros e descobriu que Kendall portava células somáticas de dois indivíduos diferentes. Durante a gestação, Kendall absorveu as células do seu irmão e o seu organismo é uma mistura de células com código genético diferentes. Isso é chamado no inglês vanishing twin que tem como significado: desaparecimento do irmão gêmeo. O fenótipo de Kendall é predominante feminino, uma vez que ela foi capaz de gerar Mrs. S, que é a mãe adotiva de Sarah. Isso mostra que Mrs. S e Sarah compartilham partes de seu código genético! Células de Kendall com o sexo biológico feminino deram origem aos clones do Projeto Leda e as células do seu irmão deram origem ao Projeto Castor que resultou em clones com sexo biológico masculino para serem testados pelos militares.

Projeto Leda e Castor

Material genético de um único indivíduo foi capaz de gerar clones do sexo biológico feminino (XX), Projeto Leda, e clones do sexo biológico masculino (XY), Projeto Castor.

Então Sarah é mãe da Mrs. S?

Não, mesmo que Sarah compartilhe 100% do seu DNA com Kendall não significa que ela é mãe de Mrs. S, da mesma forma que Kira (filha de Sarah) não é filha dos outros clones como Alison e Helena que também compartilham 100% de seu DNA com Sarah. As relações familiares vão além do código de DNA.

Árvore genealógica

Árvore genealógica dos clones do projeto Leda (Sarah), Projeto Castor (Ira), Kendall (mãe de Mrs.S), Mrs. S (mãe adotiva de Sarah) e Kira (filha de Sarah). Figura esquemática baseada no livro: Science of Orphan Black.

Por que Kendall não parece fisicamente com a Sara e com os outros clones Leda?

Como explicado acima, o organismo de Kendall era composto de células de diferentes conteúdos genéticos. Kendall é uma quimera6 e a combinação dos código genéticos desses organismos distintos foi responsável pela sua aparência. Se ela fosse só composta pelas células que originaram os clones do projeto Leda, ela teria a mesma aparência da Sara e dos outros clones como Allison, Rachel e Cosima. Quimeras humanas podem ocorrem espontaneamente. Um dos casos famosos de quimera foi de Lydia Fairchild que teve problemas na justiça para provar a maternidade de seus próprios filhos, já que as células sanguíneas e do interior da bochecha, que foram usadas para o teste de DNA, eram provenientes de sua irmã gêmea que foi reabsorvida por Lydia que ainda estava se desenvolvendo no útero de sua mãe.

E o DNA mitocondrial é igual entre os clones Leda e Kendall?

A mitocôndria é uma organela que provém a energia da célula e contém seu próprio DNA. O óvulo é quem contribui com a mitocôndria, dessa forma, somos gratos às nossas mães pelas mitocôndrias. Como na TNCS, usam óvulos vazios para a inserção do material do doador, no caso de OB, o material genético de Kendall, muito provavelmente os clones têm diferentes genes pertencentes ao DNA mitocondrial.

Helena e Sarah são gêmeas idênticas e espelhos

O embrião que originou Sarah foi implantado na mãe que serviu de barriga de aluguel, Amelia, e se dividiu 7-12 dias depois criando sua irmã gêmea e sestra7, chamada Helena. Como o embrião se dividiu mais tardiamente, geralmente se divide ao redor de 5 dias de desenvolvimento, Sarah e Helena são gêmeas idênticas e espelhos. Elas se desenvolveram no útero frente a frente, como se fossem uma imagem vista com um espelho, fenômeno denominado de gêmeos-espelhos. Isso explica o porquê Helena é canhota e os outros clones são destros. Em casos mais raros, a posição dos órgãos internos são invertidas, os órgãos que ficam de um lado em um gêmeo, ficam do outro lado em outro. Em OB, Sarah nasceu com o posicionamento de órgãos normal, enquanto Helena é trocado. Essa condição é chamada de situs inversus que significa posição invertida. Como o coração de Helena é posicionado diferentemente, isto é, está localizado mais ao lado direito, livrou Helena da morte quando Sarah atirou no peito de Helena.

Sequências Sintéticas de DNA

Os cientistas implantaram sequências no DNA original das células de Kendall. Toda sequência que foi produzida no laboratório e não pertence ao DNA original é denominada sintética.

Como os clones têm a mesma aparência e compartilham 100% do código genético, os cientistas inseriram uma sequência única para cada clone, funcionando como um marcador ou identificador, chamado ID Tag. Eles inseriram essa sequência na parte do DNA responsável pela produção da proteína, citocromo c, que é altamente conservada e é a mesma ou muito similar nas diferentes espécies de animais, plantas e organismos unicelulares. Com essa sequência, os cientistas eram capazes de identificar o clone.

Outra sequência inserida no DNA original teve com o propósito produzir clones inférteis e assim controlar a disseminação do material genético dos clones. Essa sequência faz com que os óvulos dos clones Leda nunca se desenvolvam. A sequência é responsável por produzir uma proteína que vai degradar o endométrio, que reveste a parede do útero e evitar a maturação dos ovários. Sarah e Helena, gêmeas idênticas, são férteis. E como explicar isso? A ausência da proteína pode ter decorrido por: 1) falta dessa sequência no DNA que causa infertilidade em Sarah e Helena; 2) pela presença de uma mutação nesta parte do DNA e inviabilizando a produção da proteína; 3) pelo silenciamento do gene e assim a proteína não é produzida. Pode-se especular que essas alterações devem ter ocorrido antes da divisão do embrião para a formação das gêmeas, Sarah e Helena. Por isso Cosima chama Sarah de selvagem (Wild type, em inglês), uma vez que ela não expressa a proteína e é fértil, mostrando uma forte relação com o material do clone original.

Os clones contém uma outra sequência sintética que é uma espécie de código de barras que diz que este organismo é patenteado.

Por que os clones estão ficando doentes?

A produção da proteína que causa infertilidade provoca uma doença autoimune que provoca pólipos no útero e pulmões nos clones Leda, levando a morte dos clones que desenvolvem a doença.

Nos clones do projeto Castor, a mesma proteína causa uma perda de memória, mudança de comportamento, distúrbios visuais, colapso e morte. Na autópsia de um dos clones do projeto Castor, Cosima e seu amigo Scott descobriram que o cérebro de um dos clones do projeto Castor parecia uma esponja, característico de doença causada por um príon que é uma proteína com potencial infeccioso que tem alteração na estrutura espacial (conformação). Príons causam encefalites espongiformes transmissíveis, como a doença de Creutzfeldt-Jakob e a doença da vaca louca. Em OB, o príon presente nos clones do projeto Castor passa pelo contato sexual promovendo esterilização. Não se conhece nenhuma doença provocada por príon que seja sexualmente transmissível.

Parece que há variantes de proteínas nos clones Leda e Castor, a variante nos clones Leda afeta os órgãos ricos em vasos sanguíneos como o pulmão, enquanto a variante presente nos clones Castor afeta o cérebro.

Há a possibilidade da doença dos clones ser causada por uma doença que parece ser causada por prion, mas não é. Amiloidose é decorrente do acúmulo em vários órgãos de uma proteína que tem sua conformação alterada. Esse acúmulo leva a perda da função do órgão.

Como curar os clones?

Primeiro é importante identificar a sequência que causa infertilidade, pois ela é causadora da doença. A comparação do DNA da Kendall com os clones poderia ser uma das estratégias, pois a sequência não está presente em Kendall. Só que todas as amostras de Kendall foram perdidas e Kendall foi morta e seu corpo incinerado.

Como a doença é causada pela inserção de uma sequência, outro passo importante é usar de terapia gênica que atua a nível molecular e assim tratar a doença. Para isso, é preciso de uma ferramenta que insira o gene que pode curar os clones Leda. Os vetores usados em terapia gênica tem que ser pouco tóxicos, infectar células de interesse e seguro. Vírus são comumente utilizados como vetores para injetar o gene de interesse nas células.

Para isso, Cosima utiliza células progenitoras provenientes do embrião gerado pela combinação da fertilização do óvulo de Sarah (clone Leda) e óvulo de Ira (clone castor) que seria mais próximo do original. Ela fez uma bateria de testes para selecionar a sequência e o vetor que não causava toxicidade e mantinha as células vivas se duplicando.

Clones humanos podem ser patenteados?

A consultora Cosima Herter explica que a ovelha Dolly não foi patenteada por ser considerada um organismo já existente na natureza e não por ser um organismo vivo. No entanto, o primeiro animal a ser patenteado foi o OncoMouse que é um camundongo geneticamente modificado e expressa um gene humano e sendo usado para estudos na área de oncologia. A invenção pertencia à Dupont até 2005, ano de vencimento da patente. A patente sobre um organismo vivo gerou muita controvérsia em 1980. Mesmo que um clone humano fosse patenteado pelo fato de conter sequências sintéticas, os direitos humanos prevaleceriam sobre a patente como propriedade intelectual. Cosima Herter descreve que patente dos clones Leda dá ideia que o corpo e biologia não pertence às mulheres, uma analogia com a nossa história.

 Curiosidades:

  • Os títulos dos episódios da primeira temporadas foram inspirados na obra “Origem das espécies” de Charles Darwin.
  • A informação referente ao código genético original que originou os clones estava criptografada no livro a “Ilha do Dr. Moreau”. Esse livro conta a história de um cientista que fazia experimentos macabros com vivissecção, produzindo quimeras de animais. Foi com esse livro, encontraram informações sobre Kendall que também é uma quimera. A série também faz a associação com a produção de monstros e com o trabalho antiético do Dr. Moreau e os cientistas de OB.

1 Grupo de clones, designado por uma das personagens de OB, Cosima Neihaus.

2 Teste de Bechdel avalia se uma obra possui pelo menos duas mulheres e se seus diálogos não sejam sobre homens.

3 Crazy science é o termo que uma das cientistas Cosima Neihaus da série usa para fazer a ciência e descobrir o que está acontecendo com os clones e como foram gerados.

4 Há várias referências da ovelha Dolly em OB. Uma delas é a máscara de ovelha usada por um dos clones: M.K.

5 Leda e Castor são personagens da mitologia Grega.

6 Seres místicos com aparência de 2 ou mais animais.

7 Referente a sister (irmã). Termo usado pela personagem Helena.

Referências:

The Science of Orphan Black. The oficial companion. Casey Griffin e Nina Nesseth. 2017.

The Mary Sue- Orphan Black

The crazy science of Orphan Black

The history lurking behind orphan black

OB Science Time

Créditos sobre os componentes das figuras: The Noun Project e Orphan Black wiki

Artistas: i cons, Gorkem Oner, Bom Symbols, Sergey Demushkin, BomSymbols, Becris, Symbolon, Alena Artemova, Eucalyp e Linseed Studio.

 

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