Estudos de gêmeos são estudos realizados em gêmeos idênticos ou fraternos. Eles visam revelar a importância de influências ambientais e genéticas para características, fenótipos e distúrbios. A pesquisa com gêmeos é considerada uma ferramenta fundamental na genética comportamental e nos campos de conteúdo, da biologia à psicologia. Os estudos com gêmeos fazem parte da metodologia mais ampla usada na genética do comportamento, que usa todos os dados que são geneticamente informativos - estudos sobre irmãos, estudos sobre adoção, genealogia, etc. doenças como esquizofrenia.
Gêmeos são uma fonte valiosa para observação porque permitem o estudo da influência do ambiente e variando a composição genética: "idêntico" ou monozigóticos (MZ) gémeos possuem, essencialmente, 100% dos seus genes, o que significa que a maioria das diferenças entre os gémeos (tais como a altura, suscetibilidade ao tédio, inteligência, depressão etc.) se devem a experiências que um gêmeo tem, mas não o outro gêmeo.Plomin, R.; DeFries, J. C.; Knopik, V. S.; Neiderhiser, J. M. (Ed.). (2014). Behavioral Genetics (6th ed.). New York, NY: Worth Publishers Gêmeos "fraternos" ou dizigóticos (DZ) compartilham apenas cerca de 50% de seus genes, o mesmo que qualquer outro irmão. Os gêmeos também compartilham muitos aspectos de seu ambiente (por exemplo, ambiente uterino, estilo parental, educação, riqueza, cultura, comunidade) porque nascem na mesma família. A presença de uma característica genética ou fenotípica em apenas um membro de um par de gêmeos (chamado discordância) fornece uma poderosa janela para os efeitos ambientais dessa característica.
Gêmeos também são úteis para mostrar a importância do ambiente único (específico para um gêmeo ou outro) ao estudar a apresentação de características. Alterações no ambiente exclusivo podem resultar de um evento ou ocorrência que afetou apenas um gêmeo. Isso pode variar de um ferimento na cabeça ou um defeito de nascença que um gêmeo sofreu enquanto o outro permanece saudável.
O design clássico dos gêmeos compara a semelhança entre gêmeos monozigóticos (idênticos) e dizigóticos (fraternos). Se gêmeos idênticos são consideravelmente mais semelhantes que gêmeos fraternos (o que é encontrado para a maioria das características), isso implica que os genes desempenham um papel importante nessas características. Ao comparar muitas centenas de famílias com gêmeos, os pesquisadores podem entender mais sobre os papéis dos efeitos genéticos, ambiente compartilhado e ambiente único na formação do comportamento.
Estudos modernos de gêmeos concluíram que quase todas as características são em parte influenciadas por diferenças genéticas, com algumas características mostrando uma influência mais forte (por exemplo, altura), outras um nível intermediário (por exemplo, traços de personalidade) e algumas herdabilidades mais complexas, com evidências de diferentes genes que afetam diferentes aspectos da característica – como no caso do autismo. As premissas metodológicas nas quais os estudos com gêmeos se baseiam, no entanto, foram criticadas como insustentáveis.
História direita|miniaturadaimagem|170x170px|Francis Galton lançou os fundamentos da genética do comportamento como um ramo da ciência. Os gêmeos têm sido de interesse dos estudiosos desde a civilização primitiva, incluindo o primeiro médico Hipócrates (século V a.C.), que atribuiu diferentes doenças nos gêmeos a diferentes circunstâncias materiais e o filósofo estóico Posidonius (século I a.C.), que atribuiu tal semelhanças com circunstâncias astrológicas compartilhadas.Cicero, De Divinatione, (On Divination), ii. 42 Um estudo mais recente é do uso pioneiro de gêmeos de Sir Francis Galton para estudar o papel dos genes e do ambiente no desenvolvimento e comportamento humano. Galton, no entanto, desconhecia a diferença entre gêmeos idênticos e DZ.
Esse fator ainda não foi compreendido quando o primeiro estudo usando testes psicológicos foi conduzido por Edward Thorndike (1905), com cinquenta pares de gêmeos. Este artigo foi uma afirmação precoce da hipótese de que os efeitos familiares diminuem com a idade. Seu estudo comparou pares de gêmeos de 9 a 10 e 13 a 14 anos de idade com irmãos normais nascidos alguns anos depois do outro.
Thorndike argumentou incorretamente que seus dados eram compatíveis com a existência de um, não dois, gêmeos. Esse erro foi repetido por Ronald Fisher (1919), que argumentou
Um estudo inicial, e talvez o primeiro, que compreendeu a distinção é do geneticista alemão Hermann Werner Siemens em 1924. O principal entre as inovações da Siemens foi o diagnóstico de similaridade polissintomática. Isso permitiu que ele explicasse a supervisão que atrapalhou Fisher, e foi um grampo na pesquisa de gêmeos antes do advento dos marcadores moleculares.
Wilhelm Weinberg e colegas, em 1910, usaram a distinção DZ idêntica para calcular as respectivas taxas a partir da proporção de gêmeos do mesmo sexo e do sexo oposto em uma população de maternidade. Eles dividiram a co-variação entre parentes em elementos genéticos e ambientais, antecipando o trabalho posterior de Fisher e Wright, incluindo o efeito de dominância na semelhança de parentes e iniciando os primeiros estudos com gêmeos clássicos.
Um estudo conduzido por Darrick Antell e Eva Taczanowski descobriu que "os gêmeos que mostram as maiores discrepâncias nos sinais visíveis do envelhecimento também tiveram o maior grau de discordância entre as escolhas e os hábitos pessoais de estilo de vida" e concluíram que "as influências genéticas no envelhecimento podem ser superestimadas, com escolhas de estilo de vida que exercem efeitos muito mais importantes no envelhecimento físico".
Exemplos Exemplos de importantes estudos sobre gêmeos incluem o seguinte:
Estudo bipolar de Maudsley Estudo da Família Gêmea de Minnesota Estudo de Desenvolvimento Inicial de Gêmeos
Métodos O poder dos desenhos gêmeos decorre do fato de que os gêmeos podem ser monozigóticos (idênticos (MZ): desenvolvendo-se a partir de um único óvulo fertilizado e, portanto, compartilhando todos os seus alelos) - ou dizigóticos (DZ: desenvolvendo-se de dois óvulos fertilizados e, portanto, compartilhando média de 50% de seus alelos polimórficos, o mesmo nível de similaridade genética encontrado em irmãos não gêmeos). Essas diferenças conhecidas na semelhança genética, juntamente com uma suposição testável de ambientes iguais para gêmeos idênticos e fraternos cria a base para o projeto de gêmeos para explorar os efeitos da variação genética e ambiental em um fenótipo.
A lógica básica do estudo de gêmeos pode ser entendida com muito pouca matemática, além de uma compreensão dos conceitos de variação e daí correlação derivada.
Método gêmeo clássico Como toda pesquisa genética comportamento, o estudo gêmeo clássico começa de avaliar a variação de um comportamento (chamado de fenótipo pelos geneticistas) em um grande grupo, e as tentativas de estimar o quanto disso é devido a:
efeitos genéticos (herdabilidade); ambiente compartilhado - eventos que acontecem aos dois gêmeos, afetando-os da mesma maneira; ambiente não compartilhado, único ou não compartilhado - eventos que ocorrem em um gêmeo, mas não no outro, ou eventos que afetam qualquer um dos gêmeos de uma maneira diferente.
Normalmente, esses três componentes são chamados de (genética aditiva) (ambiente comum) e (ambiente único); daí o acrônimo . Também é possível examinar os efeitos genéticos não aditivos (geralmente designados por para dominância (modelo ADE); veja abaixo projetos mais complexos de gêmeos).
O modelo ACE indica que proporção de variação em uma característica é herdável, em comparação com a proporção devido ao ambiente compartilhado ou ambiente não compartilhado. A pesquisa é realizada usando programas SEM, como o OpenMx, no entanto, a lógica principal do projeto duplo é a mesma, conforme descrito abaixo:
Gêmeos monozigóticos (idênticos - MZ) criados em uma família compartilham 100% de seus genes e todo o ambiente compartilhado. Quaisquer diferenças que surjam entre eles nessas circunstâncias são aleatórias (únicas). A correlação entre gêmeos idênticos fornece uma estimativa de . Gêmeos dizigóticos (DZ) também compartilham , mas compartilham em média 50% de seus genes: portanto, a correlação entre gêmeos fraternos é uma estimativa direta de . Se é correlação, então e são simplesmente as correlações da característica em gêmeos idênticos e fraternos, respectivamente. Para qualquer característica em particular, então:, portanto, é duas vezes a diferença entre correlações de gêmeos idênticos e fraternos: o efeito genético aditivo (fórmula de Falconer). é simplesmente a correlação MZ menos essa estimativa de . O fator aleatório (único) é de , ou seja, os gêmeos MZ diferem devido apenas a ambientes únicos. (Jinks & Fulker, 1970; Plomin, DeFries, McClearn e McGuffin, 2001).
Afirmado novamente, a diferença entre essas duas somas, portanto, permite resolver , e . Como a diferença entre as correlações idênticas e fraternas é devida inteiramente à metade da similaridade genética, o efeito genético aditivo é simplesmente o dobro da diferença entre as correlações idênticas e fraternas:
Como a correlação idêntica reflete o efeito total de e , pode ser estimado subtraindo essa correlação de 1Finalmente, C pode ser derivado:
Modelagem moderna A partir da década de 1970, a pesquisa passou a modelar efeitos genéticos e ambientais usando métodos de máxima verossimilhança (Martin & Eaves, 1977). Embora computacionalmente muito mais complexa, essa abordagem tem vários benefícios, tornando-a quase universal na pesquisa atual.
Um exemplo de modelo estrutural (para herdabilidade da altura entre machos dinamarqueses) é mostrado: miniaturadaimagem|A: Modelo ACE mostrando coeficientes de variância brutos (não padronizados)miniaturadaimagem|B: modelo de ECA mostrando coeficientes de variância padronizados O modelo A, à esquerda, mostra a variação bruta em altura. Isso é útil, pois preserva os efeitos absolutos de genes e ambientes e os expressa em unidades naturais, como mm de mudança de altura. Às vezes, é útil padronizar os parâmetros, para que cada um seja expresso como porcentagem da variação total. Como decompusemos a variação em , e , a variação total é simplesmente . Podemos então dimensionar cada um dos parâmetros únicos como uma proporção desse total, ou seja, Padronizado – . A herdabilidade é o efeito genético padronizado.
Comparação de modelos Um dos principais benefícios da modelagem é a capacidade de comparar explicitamente os modelos: em vez de simplesmente retornar um valor para cada componente, o modelador pode calcular intervalos de confiança nos parâmetros, mas, crucialmente, pode eliminar e adicionar caminhos e testar o efeito por meio de estatísticas como o AIC. Assim, por exemplo, para testar os efeitos previstos da família ou do ambiente compartilhado no comportamento, um modelo de pode ser objetivamente comparado a um modelo de completo. Por exemplo, podemos perguntar a figura acima para a altura: (ambiente compartilhado) pode ser descartado sem perda significativa de ajuste? Como alternativa, os intervalos de confiança podem ser calculados para cada caminho.
Modelagem de vários grupos e multivariada A modelagem multivariada pode dar respostas a perguntas sobre a relação genética entre variáveis que parecem independentes. Por exemplo: QI e memória de longo prazo compartilham genes? Eles compartilham causas ambientais? Benefícios adicionais incluem a capacidade de lidar com dados de intervalo, limite e contínuos, mantendo informações completas de dados com valores ausentes, integrando a modelagem latente com variáveis medidas, sejam ambientes medidos ou, agora, marcadores genéticos moleculares medidos, como SNPs. Além disso, os modelos evitam problemas de restrição no método de correlação bruta: todos os parâmetros estão, como deveriam, entre 0 e 1 (padronizados).