COMO ESTRUTURAS SURGIRAM NA SOPA PRIMORDIAL

Os investigadores estão ressuscitando antigas proteínas para iluminar a escura idade biológica da Terra.

Creditos: Olena Shmahalo/Quanta Magazine

Creditos: Olena Shmahalo/Quanta Magazine

Cerca de 4 bilhões de anos atrás, as moléculas começaram a fazer cópias de si mesmos, um evento que marcou o início da vida na Terra. Poucas centenas de milhões de anos depois, organismos primitivos começaram a se dividir em diferentes ramos que compõem a árvore da vida. Entre esses dois eventos seminais, algumas das maiores inovações de nossa existência emergiram: a célula, o código genético e um sistema de energia para alimentar tudo. Todas estes três são essenciais para a vida como a conhecemos, mas infelizmente os cientistas sabem pouco sobre como qualquer uma dessas inovações biológicas notáveis ​​surgiu.

“É muito difícil inferir mesmo a ordem relativa dos eventos evolutivos antes do último ancestral comum”, disse Greg Fournier, um geobiologista no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). As células podem ter aparecido antes metabolismo energético, ou talvez fosse o contrário. Sem fósseis ou DNA preservado de organismos vivos durante este período, os cientistas tiveram poucos dados para trabalhar.

Fournier está liderando uma tentativa de reconstruir a história da vida na idade das trevas da evolução – as centenas de milhões de anos entre a primeira vez que a vida surgiu e quando se dividiu no que se tornaria o emaranhado sem fim de existência.

Ele utiliza dados genômicos a partir de organismos vivos para inferir a sequência de DNA de genes antigos como parte de um campo de crescimento conhecido como paleogenômica. Na pesquisa publicada na Journal of Molecular Evolution, Fournier mostrou que a última letra química adicionada ao código genético era uma molécula chamada triptofano – um aminoácido famoso por sua presença em jantares de peru. O trabalho apoia a ideia de que o código genético evoluiu gradualmente.

Usando métodos semelhantes, ele espera decifrar a ordem temporal de mais códigos – na determinação de cada letra que foi adicionada ao alfabeto químico responsável até hoje pelos os principais eventos genéticos nas origens da vida, tais como o surgimento de células.

Origens obscuras

A vida surgiu há tanto tempo que até mesmo as formações rochosas que cobrem o planeta hoje ainda destruía-se, e com eles, mais pistas geológicas química e para a evolução precoce. “Há um enorme abismo entre as origens da vida e do último ancestral comum”, disse Eric Gaucher, um biólogo do Instituto de Tecnologia da Geórgia, em Atlanta.

Os cientistas sabem que em algum momento houve um intervalo de tempo, em criaturas vivas começaram a usar um código genético, um projeto para a produção de proteínas complexas. Essas proteínas desempenham as funções vitais da célula. (A estrutura do DNA e RNA e que permite a informação genética ser replicada e passada de geração em geração, mas isso é um processo separado da criação de proteínas.) Os componentes do código e da maquinaria molecular que lhes monta “são alguns dos aspectos mais antigos e universais de células, e os biólogos estão muito interessados ​​em compreender os mecanismos pelos quais se desenvolveram”, disse Paul Higgs, um biofísico da Universidade McMaster, em Hamilton, Ontário.

Como o código surgiu apresenta um problema da galinha e do ovo. Os principais intervenientes no código – DNA, RNA, aminoácidos e proteínas são estruturas quimicamente complicadas que trabalham juntas para fazer proteínas. Mas nas células modernas, as proteínas são usadas para fazer os componentes do código. Então como é que um código altamente estruturado emerge?

A maioria dos pesquisadores acredita que começou o código simplesmente com proteínas básicas feitas a partir de um alfabeto limitado de aminoácidos. Em seguida, ele cresceu em complexidade ao longo do tempo, uma vez que estas proteínas “aprenderam” a fazer moléculas mais sofisticadas. Eventualmente, ele tornou-se um código capaz de criar toda a diversidade que vemos hoje. “É longa a hipótese de que a vida e o “alfabeto standard” de 20 aminoácidos evoluiu de um simples, alfabeto anteriormente, tanto quanto o alfabeto Inglês acumulou letras extras ao longo de sua história”, disse Stephen Freeland, um biólogo da Universidade de Maryland, Baltimore County.

As primeiras letras de aminoácidos no código eram mais simples em estrutura, aquelas que podiam ser feitas a partir de meios puramente químicos, sem a assistência de uma proteína auxiliar. (Por exemplo, os aminoácidos glicina, alanina e ácido glutâmico foram encontrados em meteoritos, sugerindo que eles podem formar-se espontaneamente em uma variedade de ambientes.) Estes são como as letras A, E e S-primordiais que serviram de base para o que veio depois.

Triptofano, em comparação, tem uma estrutura complexa e é comparativamente raro no código de proteínas, como um Y ou Z, levando os cientistas a teorizar que foi uma das mais recentes adições ao código.

Essa evidência química é atraente, mas circunstancial. Fournier suspeitava que ao estender sua obra na paleogenômica, ele seria capaz de provar como o do triptofano foi a última letra adicionado ao código.

A última letra

Cientistas estão reconstruindo proteínas antigas por mais de uma década, principalmente para descobrir como proteínas antigas diferiam das modernas – como se pareciam e como elas funcionavam. Mas esses esforços têm-se centrado sobre o período de evolução após o último ancestral comum universal (LUCA, como dizem os pesquisadores). O trabalho de Fournier investiga mais ao redor do que quaisquer outros esforços anteriores. Para fazer isso, ele teve que ir além da aplicação padrão da genômica comparativa, que analisa as diferenças entre os ramos da árvore da vida. “Por definição, qualquer coisa pré-LUCA está além da divisão mais profunda na árvore”, disse ele.

Fournier começou com duas proteínas relacionadas, TrpRS (triptofanil tRNA-sintetase) e TyrRS (tirosil tRNA-sintetase), que ajudam a decodificar letras de RNA para os aminoácidos triptofano e tirosina. TrpRS e TyrRS são mais estreitamente relacionados entre si do que para qualquer outra proteína, indicando que evoluiu a partir da mesma proteína ancestral. Algum tempo antes LUCA, essa proteína pai ligeiramente mutada produziu estas duas novas proteínas com funções distintas. Fournier utilizada técnicas computacionais para decifrar com o que essa proteína ancestral deve ser parecida.

Ele descobriu que a proteína ancestral tem todos os aminoácidos, mas triptofano sugeria uma adição que levava ao final do código genético. “Isso mostra convincentemente que o triptofano foi o último aminoácido adicionado, como tinha sido especulado antes, mas não realmente comprovado como tem sido feito aqui”, disse Nigel Goldenfeld, um físico da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign, que não esteve envolvido no o estudo.

Fournier agora planeja usar o triptofano como um marcador para datar outros grandes eventos pré-LUCA: como a evolução do metabolismo, células e divisão celular, e os mecanismos de herança. Estes três processos formam uma espécie de triunvirato biológico que lançou as bases para a vida como a conhecemos hoje. Mas nós sabemos pouco sobre como eles vieram à existência. “Se entendermos a ordem dessas etapas básicas, criamos uma seta que aponta para cenários possíveis para as origens da vida”, disse Fournier.

Por exemplo, se as proteínas envolvidas no metabolismo ancestral não tinha o triptofano, de alguma forma daí o metabolismo provavelmente evoluiu precocemente. Se as proteínas que a direcionam a divisão celular são cravejadas com triptofano, isso sugere que essas proteínas evoluíram relativamente tarde.

Diferentes modelos para as origens da vida fazem previsões diferentes para qual destes três processos veio primeiro. Fournier espera que sua abordagem ofereça uma maneira de descartar alguns desses modelos. No entanto, ele adverte que ele não vai resolver definitivamente o calendário destes eventos.

Fournier planeja usar as mesmas técnicas para descobrir a ordem em outros aminoácidos que foram adicionados ao código. “Isso realmente reforça a ideia de que a evolução do código em si era um processo progressivo”, disse Paul Schimmel, professor de biologia celular e molecular no Instituto de Pesquisa Scripps, que não esteve envolvido no estudo. “Ele fala do refinamento e sutileza que a natureza estava usando para aperfeiçoar estas proteínas e a diversidade que precisava para formar este grande árvore da vida.”

Fonte: Scientific American

5 thoughts on “COMO ESTRUTURAS SURGIRAM NA SOPA PRIMORDIAL

  1. Deixa eu ver se estou entendendo: eu deduzo, por computador, como era a enzima ancestral de outras duas enzimas que metabolizam triptofano no RNA. Essa ‘dedução’, não validada cientificamente, passa a ser utilizada como um índice da idade de enzimas, me permitindo deduzir que partes do metabolismo apareceram primeiro ou depois. Também posso usar utilizar dados genômicos a partir de organismos vivos para INFERIR a sequência de DNA de genes antigos… Estou achando que são muitas deduções baseadas em deduções. Isso não é Ciência, mas ficção científica. Acredito que um dia a Ciência poderá dar uma explicação convincente para a origem da vida, mas essa explicação vai ser muito, mas muito mais interessante do que essa masturbação química que estão fazendo agora.

  2. Eu não defendo a noção de que a vida brotou espontaneamente da matéria bruta, mas acredito que seres suficientemente inteligentes (como os seres humanos) TALVEZ possam criar uma vida relativamente simples que não faz muito além de se auto-replicar. Aliás, para o Rossetti, eu tenho um texto aqui que pode chamar tua atenção: http://www.criacionismo.com.br/2015/08/tres-em-um-um-novo-quebra-cabeca-para.html

    Seria interessante se fizesse aqui na NetNature algum comentário sobre esse ridículo texto que eu coloquei acima.

    Paz!

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