Técnica baseada em DNA permite que pesquisadores determinem a idade das baleias beluga vivas no Alasca

Estimativas precisas de idade são vitais para os esforços de conservação das belugas de Cook Inlet, que foram listadas como ameaçadas de extinção após um declínio populacional significativo na década de 1990. Anteriormente, os pesquisadores só podiam determinar a idade das baleias beluga estudando os dentes de animais mortos.

O novo método de envelhecimento usa dados de metilação de DNA e aprendizado de máquina para desenvolver um modelo que captura a relação entre metilação e idade. Essa relação fornece um relógio epigenético para as baleias beluga.

Em termos gerais, a epigenética se refere às modificações moleculares não hereditárias do DNA que mudam a maneira como os genes funcionam. A metilação é uma forma de epigenética; É um processo biológico pelo qual grupos metil são adicionados à molécula de DNA. Nos mamíferos, existem locais ao longo do genoma que se tornam mais metilados à medida que o animal envelhece.

O novo método para determinar a idade das baleias beluga de Cook Inlet representa um avanço significativo na compreensão da história de vida da espécie e terá aplicações em outras espécies de baleias. O método também pode ser usado para identificar o sexo de um animal.

“O desenvolvimento desta ferramenta e o uso do relógio epigenético é um grande avanço na ciência do envelhecimento”, disse Eleanor Bors, principal autora do estudo. Bors trabalhou no projeto como um pós-doutorado no Marine Mammal Institute da Oregon State University. “Agora temos a tecnologia para fazer isso facilmente e pode se tornar uma parte da rotina da pesquisa da baleia beluga.”

As descobertas dos pesquisadores acabam de ser publicadas na revista. Aplicações evolutivas. Os co-autores incluem Scott Baker, Diretor Associado do Instituto de Mamíferos Marinhos da OSU; Paul Wade, do Alaska Fisheries Science Center da NOAA; e Steve Horvath, da Universidade da Califórnia, Los Angeles.

As baleias beluga são conhecidas por sua cor branca distinta e cabeças arredondadas. Eles têm em média 4 metros de comprimento e 1.150 libras, e têm uma vida útil de até 80 anos. Eles são encontrados no Alasca e em todo o Ártico.

As baleias Cook Inlet beluga são uma população geográfica e geneticamente distinta que não migra. A população chegava a mais de 1.000 em 1979, mas caiu drasticamente de 653 para 347 entre 1994 e 1998, em parte devido à caça não regulamentada.

Os regulamentos de caça foram implementados em 2000, mas a população não se recuperou. Atualmente, existem cerca de 279 baleias beluga na população, e elas foram designadas como uma das “Espécies em Foco” da NOAA, uma iniciativa para trazer mais atenção e recursos para as espécies em maior risco de extinção.

Um plano de recuperação de espécies da NOAA emitido em 2016 destacou a necessidade de determinar a estrutura de idade da população de Cook Inlet beluga para entender melhor as taxas de crescimento, reprodução e sobrevivência.

Em baleias com dentes e golfinhos, a idade é geralmente determinada pelo exame dos dentes, que registram a idade em camadas de crescimento semelhantes a anéis de árvores. Mas essa opção só está disponível quando o animal morre. O uso de informações genômicas, que podem ser coletadas com um pequeno dardo de biópsia, é um avanço importante no estudo de baleias e golfinhos vivos.

Os pesquisadores foram capazes de desenvolver a técnica de metilação do DNA em parte porque o genoma da baleia beluga já havia sido sequenciado, disse Baker.

Trabalhando com amostras de tecido de 67 baleias mortas, os pesquisadores mediram os níveis de metilação em dezenas de milhares de locais no genoma e determinaram que um modelo de relógio eficaz poderia ser construído usando apenas 23 locais relacionados ao envelhecimento.

Os pesquisadores usaram o aprendizado de máquina para desenvolver um perfil epigenético de idade para as espécies com base em suas descobertas. Finalmente, os pesquisadores calibraram suas descobertas com base nas informações de idade determinadas por dentes recuperados dos mesmos animais.

“Com todas essas informações, fomos capazes de modelar com precisão a relação entre metilação e idade”, disse Bors.

Assim que o perfil foi construído, os pesquisadores analisaram amostras de pele coletadas entre 2016 e 2018 de 38 baleias vivas. Eles foram capazes de estimar as idades e identificar o sexo dos animais por metilação do DNA.

O novo método de envelhecimento dá aos pesquisadores uma peça importante de dados para usar em seu trabalho para entender e, eles esperam, identificar maneiras de reverter o declínio da população, disse Wade. Por exemplo, enquanto as belugas em outras populações atingem a maturidade sexual por volta dos 8 ou 9 anos, os pesquisadores descobriram que entre as baleias Cook Inlet avaliadas até agora, apenas uma entre as idades de 10 e 19 estava grávida.

“Se a reprodução for substancialmente atrasada assim, é um sinal que é surpreendente. Essa é uma área que podemos explorar mais”, disse Wade. “Queremos continuar adicionando dados para ver o que mais podemos aprender. Vemos essa técnica de envelhecimento como algo que queremos fazer rotineiramente agora.”

Conforme amostras adicionais são coletadas, o perfil de idade da espécie deve continuar a ser calibrado e refinado, acrescentou Baker.

Uma questão para pesquisas futuras é se este processo de determinação de idade é aplicável a outras populações de baleias beluga, ou mais amplamente a outras baleias, golfinhos e botos, disseram os pesquisadores. As informações genéticas coletadas no banco de dados também podem ser extraídas para outras alterações biológicas.

“Há muito interesse na metilação como um indicador de estresse, por exemplo”, disse Baker. “Também estou interessado nas relações de parentesco dentro da população, que agora serão mais fáceis de determinar conhecendo a idade dos indivíduos.”

A pesquisa foi apoiada por uma bolsa do North Pacific Research Board e do Paul G. Allen Frontiers Group.