CIENTISTAS CRIAM ENZIMA QUE PODE AJUDAR A EXPLICAR A ORIGEM DA VIDA

Este é um gráfico de computador de uma molécula de RNA. Crédito: Richard Feldmann / Wikipedia

Gráfico de computador de uma molécula de RNA. Crédito: Richard Feldmann / Wikipedia

Imitando a evolução natural em um tubo de ensaio, os cientistas do Instituto de Pesquisa Scripps (TSRI) desenvolveram uma enzima com uma propriedade única que poderia ter sido crucial para a origem da vida na Terra. Além de iluminar um possível caminho para o início da vida, o experimento permitiu produzir uma ferramenta poderosa para a evolução de novas moléculas e utilidades.

“Quando eu comecei a contar às pessoas sobre isso, elas às vezes me perguntam se estamos apenas sugerindo a possibilidade de tal enzima, mas não, nós realmente a fizemos”, disse Gerald F. Joyce, professor no Departamento de Química e celular, do TSRI de Biologia molecular e diretor do Instituto de Genômica da Fundação de Pesquisa Novartis.

Joyce foi o autor sênior do novo relatório, que foi publicado na ediçao On-line antes da impressão pela revista Nature em 29 de outubro de 2014.

O desafio de fazer cópias

A nova enzima é chamada de ribozima porque é feita a partir de ácido ribonucleico (RNA). Formas de vida modernas baseadas em DNA parecem ter evoluído a partir de um “RNA-World”, e muitos cientistas suspeitam que as moléculas de RNA com propriedades enzimáticas foram as primeiras auto-replicadores da Terra.

A nova ribozima funciona essencialmente dessa forma. Ele ajuda a “tricotar” uma “cópia” da fita de RNA, usando um filamento de RNA original como uma referência ou “modelo”. No entanto, não faz uma cópia de uma molécula completamente idêntica a si mesma. Em vez disso, ele faz uma cópia de uma imagem espelho de si mesmo, como a mão esquerda à sua direita e, por sua vez, as ribozimas “esquerda podem ajudar a fazer cópias do original.” Ninguém jamais fez tais enzimas chamadas “cross-quirais” antes. O surgimento de tais enzimas em um mundo primordil de RNA mundo, mostra-se plausível, e poderia ter superado um obstáculo fundamental para a origem da vida.

A biologia na Terra evoluiu de tal forma que, em cada classe de moléculas, uma quiralidade, ou lateralidade, veio a predominar. Praticamente todos RNAs, por exemplo, é destro e chamado D-RNA. Essa mesmice estrutural faz com que as interações dentro dessa classe sejam mais eficientes, exatamente como um aperto de mão é mais eficiente quando se junta duas direitas ou duas mãos esquerdas, ao invés de uma esquerda e uma direita.

“Os cientistas geralmente são ensinados a pensar que tem de haver uma quiralidade comum entre moléculas interagindo para a biologia de trabalho”, disse Joyce.

Parece provável, no entanto, que as moléculas de RNA simples sobre a terra primordial teriam consistido em misturas de ambas as formas, destros e canhotos. Apesar deste raciocínio, há 30 anos, Joyce, então um estudante de pós-graduação, publicou um artigo na revista Nature mostrando que auto-replicadores teriam tido um momento difícil para evoluírem tal mistura. Qualquer cadeia de RNA que reunisse nucleotídeos dispersos sobre si mesmo acabaria por ter incorporado um nucleótido de RNA de lateralidade oposta – que bloquearia ainda mais a montagem desse exemplar.

“Desde então, todos estão me perguntam como a replicação do RNA poderia ter começadona Terra primitiva”, disse Joyce.

Um apertador soltador

Uma teoria propõem que uma enzima RNA destra surgiu coma capacidade de fazer cópias de outras moléculas de RNA destras, incluindo a si mesmo, ignorando L-RNA, a versão canhota. Joyce e outros criaram tais ribozimas em laboratório, e descobriram que a propensão de RNA para formar pares de bases adesivas com outro RNA (que é uma propriedade útil para suas várias funções celulares) dificulta a sua capacidade de funcionar como uma copiadora de outras moléculas de RNA. Na essência, estas copias de ribozimas de RNA funcionam bem com algumas sequências de RNA, mas não todas.

O propósito geral da replicaçao da enzimaRNAteria um aperto a menos noRNA. “É assim que mais tarde evoluíram-enzimas que replicam proteína RNA e DNA – elas não são ácidos nucleicos então eles não podem formar pares de bases com os ácidos nucleicos que estão copiando”, disse Joyce.

Mas como poderia uma enzima RNA ter trabalhado assim, em um mundo primordial limitado a RNA? Talvez só se ela trabalhou em RNA oposto, com o qual é quimicamente proibida a formação de pares de bases consecutivos. “Começamos a pensar: ele se sente um pouco estranho, mas você pode apertar a mão errada de alguém”, disse Joyce.

A Evolução do tubo de ensaio

Ninguém nunca tinha feito, ou mesmo tentado fazer, uma ribozima que trabalha de modo “cross-quiral”, no RNA oposto. Mas no novo estudo, Joyce laboratório pós-colega Jonathan T. Sczepanski usaram uma técnica chamada”evolução de tubo de ensaio” para chegar a um.

Ele começou com uma sopa de cerca de um quatrilhão (1015) moléculas de RNA curtas. Suas seqüências eram essencialmente aleatórias, e todos eram de quiralidade destro. “Nós a configuramos de modo que as moléculas que podem catalisar a reação juntando com RNA canhoto pode ser puxada para fora da solução e então amplificada”, disse Sczepanski.

Depois de apenas 10 dessas rodadas de seleção-e-amplificação, os pesquisadores tiveram um forte candidato a ribozimas. Eles então ampliaram o tamanho de sua região central, colocando-opor mais seis rodadas de seleção, e prepararam os nucleotídeos estranhos. O resultado: um 83-ribozyme nucleotídeo que era apenas moderadamente específicos de sequência e poderia “tricotar” um segmento de teste de RNA canhoto a um modelo de um milhão de vezes mais rápido do que teria acontecido sem a ajuda de enzimas.

A equipe também mostrou que a nova ribozima poderia trabalhar sem obstáculos, mesmo quando os mesmos nucleotídeos de RNA com a mesma orientação quiral estavam presentes. Em um último teste, a nova ribozima catalisava com sucesso a montagem de 11 segmentos de RNA para fazer uma cópia completa de sua ribozima canhota, que por sua vez foi capaz de unir segmentos de RNA destro.

Os pesquisadores agora estão trabalhando para colocar a ribozima destra (e, por implicação sua canhoto parceiro) em mais rodadas de seleção, para que ele possa mediar a replicação completa de RNA, com essencialmente nenhuma seqüência de dependência. Isso tornaria uma enzima um verdadeiro replicador de RNA de propósito geral, em princípio, capaz de transformar uma sopa primordial de nucleotídeos em uma vasta biosfera.

“Em última análise, o que se quer é transformá-la – no laboratório, é claro, não na natureza – para deixá-la começar a se replicar e evoluir e vendo no que ela resulta”, disse Joyce.

Fonte: Phys.org

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