Para entender a questão, é preciso saber que as inúmeras proteínas sintetizadas pelos seres vivos atuam como “blocos” na construção e na manutenção de um organismo, cada uma com uma função. As instruções para a síntese dessas proteínas estão “escritas” no DNA. O conjunto de todo o material genético é chamado de genoma, enquanto o proteoma refere-se a todas as proteínas que o genoma pode produzir. A partir da análise em larga escala dessas moléculas, as chamadas ciências ômicas — genômica (DNA), transcriptômica (RNA) e proteômica (proteínas) — revolucionaram nosso entendimento sobre a vida e a evolução da biodiversidade.

Os genomas evoluem principalmente devido a erros que ocorrem durante sua replicação, fase que ocorre pouco antes da divisão celular. Entre os erros que podem ocorrer nessa etapa estão as duplicações parciais ou completas do material genético contido nas células. Assim, as células filhas terão conteúdos diferentes, e se forem gametas (células sexuais que se unem na reprodução sexual, transmitindo os genes de uma geração para a seguinte), as novidades aparecerão no DNA da prole.

Quando um gene é duplicado, suas cópias evoluem de maneira independente, acumulando mutações ao longo das gerações e originando proteínas com funções distintas, contribuindo para a variabilidade genética entre indivíduos e populações. Uma das principais fontes de informação utilizada na biologia evolutiva moderna é a comparação e a identificação de mutações no genoma que possam ser consideradas novidades adaptativas, ou seja, que trazem alguma vantagem àquele organismo.

A transcriptômica estuda os RNAs, moléculas de “fita simples”, que desempenham diversas funções, incluindo a mediação da expressão do DNA em proteínas. A análise dos transcriptomas dos organismos ajuda a entender como mudanças no genoma influenciam a produção de proteínas. Mesmo indivíduos da mesma espécie podem produzir proteínas em níveis diferentes, em resposta a fatores fisiológicos e ambientais. Essas variações podem ser detectadas analisando-se os RNAs, já que é a partir deles que a informação genética é “traduzida” em proteínas. Mudanças na expressão dos genomas podem estar associadas com características do desenvolvimento ou adaptações evolutivas.

A abordagem completa dessas moléculas já nos permitiu compreender diversas questões. Por exemplo, como duplicações genéticas estão associadas à diversidade de espécies de flores e à sobrevivência em condições extremas, como variantes proteicas otimizam a respiração de algumas populações em ambientes de alta altitude, e como ocorre a expressão de genes em diferentes órgãos e fases do desenvolvimento.

Assim, a interação entre genomas, transcriptomas, proteomas e o ambiente nos ajuda a desvendar como a incrível diversidade de vida na Terra evoluiu para ocupar praticamente todos os habitats do planeta. Além disso, essas técnicas também permitiram o avanço no desenvolvimento de terapias personalizadas em humanos, como o tratamento direcionado de câncer, terapias gênicas de doenças raras e imunoterapias conforme o perfil do paciente.