PROTEÍNAS PRÉ-HISTÓRICAS: RESSUSCITANDO OS MORTOS

Para dissecar a evolução, Joe Thornton ressuscita proteínas que estão extinta há muitos milhões de anos. Suas descobertas refutam criacionistas e desafiam os poluidores da ciência.

SHAWN RECORDS. Retirado de Nature News.

SHAWN RECORDS. Retirado de Nature News.

No meio de um pequeno lanche, Joe Thornton recebe um telefonema de seu congelador. Um corte de energia elétrica local provocou um alarme no aparelho de -80°C em seu laboratório na Universidade de Oregon, em Eugene, e enviou uma chamada automática. Thornton interrompe a nossa conversa e chama sua cientista de pesquisa sênior, Jamie Bridgham, para se certificar de que o gerador de back-up foi ativado. Se o congelador começa a aquecer, muito poderia ser perdido – não menos importante uma coleção valiosa de proteínas que haviam sido extintas a centenas de milhões de anos até que Thornton e sua equipe as retirasse de volta do mundo dos mortos.

Um frasco para injetáveis ​​ultra-congelado detém preservado a mais de 600 milhões de anos de idade o antepassado dos receptores para estrógeno, cortisol e outros hormônios que Thornton encontrou no dia 9 anos atrás. Outras proteínas em tubos alocam proteínas de mais de 400 milhões de anos, que Thornton ressuscitou alguns anos mais tarde para mostrar como um receptor antigo tinha mudado suas preferências – e como a marcha da evolução não pode ser revertida. Em outro canto do resto do congelador os componentes proteicos antigos de uma das mais sofisticadas máquinas celulares que adquiriu uma forma mais complexa por meio de mutações aleatórias em vez de seleção para a função superior, como o grupo mostrou na revista Nature anteriormente. O enorme temor de trabalhar com proteínas mortas há muito tempo não se desvanece, diz Thornton. “É incrível. A capacidade de fazer este tipo de viagem no tempo é fantástica”.

Thornton é um líder em um movimento para fazer proteínas que os cientistas fizeram em Jurassic Park com os dinossauros: trazer de volta à vida formas antigas, eles sabem que podem ser estudadas na carne. “Em vez de observar passivamente as coisas como a maioria dos biólogos evolutivos faz, você vai ativamente testar as hipóteses experimentalmente”, diz Antony Dean, um biólogo molecular da Universidade de Minnesota, em St Paul, que lidera um outro grupo importante no campo. “O seu é um dos principais laboratórios, sem dúvida.” E Thornton está resolvendo algumas questões importantes, diz Kenneth Miller, um biólogo molecular na Universidade de Brown, em Providence, Rhode Island. “Ele está ajudando a colocar um pouco de carne sobre os ossos da especulação sobre como a complexidade surge.”

O que não é tão amplamente conhecido é que a biologia evolutiva é a segunda da carreira de Thornton: em sua primeira formação, ele era um ativista do Greenpeace, fazendo campanhas vigorosas contra a libertação de substâncias químicas tóxicas. Ele escreveu um livro polêmico sobre organoclorados: produtos químicos industriais que incluem as dioxinas, bifenilos policlorados (PCBs) e pesticidas como o DDT. Esse legado ativista sangra em seu trabalho hoje, por exemplo, seu foco é sobre o receptor de estrogênio, que é corrompido por muitos poluentes. Os azulejos sujos, verde-mar sob os bancos do laboratório de Thornton foram cuidadosamente projetados para ser livre de cloreto de polivinila (PVC), um dos organoclorados. Isso o preocupa mais. Seu ativismo passado ajuda a explicar por que ele tem sido destemido – quase entusiasmado – em destacar o desafio que seu trabalho apresenta a um argumento criacionista chamada de design inteligente: a afirmação de que os sistemas moleculares complexos só podem ter sido criados por uma força divina. Thornton mostra como a evolução fez o trabalho, não deixando nenhuma necessidade de um designer.

Ambiente para a evolução

Thornton diz que seus dias de ativismo – durante o qual ele viu que muitos modelos de avaliação de risco serem disparados completamente com suposições e preconceitos – o deixou “intensamente comprometido com o reducionismo metodológico e experimentalismo”, que ele agora usa para quebrar evolução em etapas detalhadas que ele pode testar. “Se você está fazendo ciência, eu acho que deveria ser tão forte e decisivo quanto possível”, diz ele. “Se você está fazendo política, vá em frente, mas não tente disfarçá-la como ciência”.

O plano de carreira não convencional de Thornton começou com uma obsessão com Moby Dick, que o levou a estudar na Universidade de Yale e em New Haven, Connecticut. Mas o curso, com seu foco sobre a filosofia do criticismo ao invés de textos literários, deixou-o com uma fome de realidade, e nada parecia mais real do que política e ativismo. Ele abandonou a faculdade, se inscreveu no Greenpeace e passou vários meses batendo de porta em porta recrutando pessoas a dar dinheiro e apoiar a causa.

No início de 1990, o Greenpeace estava em campanha contra as fontes de poluição tóxica, e Thornton estava desgastado. Ele se tornou o “cara da ciência”, traduzindo a literatura científica em relatórios e outros materiais que as comunidades e o Greenpeace poderiam usar para lutar por suas causas. “Você poderia contar com Joe quando não tem conhecimento suficiente de um problema”, diz Charlie Cray, um especialista em pesquisas do Greenpeace em Washington DC, que trabalhou com Thornton. Seus relatórios de “colocavam desafios que a indústria não conseguia responder”. Uma campanha de Thornton ajudou a organizar ações contra os planos de construção de mais de 100 incineradores de resíduos perigosos em todo os Estados Unidos, culminou em maio 1993 quando Greenpeace estacionou um caminhão vestido como um incinerador em frente a Casa Branca com cerca de 60 pessoas acorrentadas a si mesmos . No dia seguinte, a Agência de Proteção Ambiental (acrônimo inglês de EPA) anunciou uma moratória sobre novos incineradores de resíduos perigosos.

Mas Thornton estava mais velho, e desejou “desenvolver seu próprio corpo de trabalho”. Seu tempo com o Greenpeace havia lhe ensinado o poder da ciência para influenciar a sociedade, e suas ambições se viraram para pesquisar. Primeiro, ele teve de lidar com a pequena questão de se formar pela Universidade de Yale. Em seguida, morando em Nova York, ele fez isso por acúmulo de créditos de curso na Universidade de Columbia – assistindo as primeiras aulas de biologia molecular com 30 anos – sendo rejeitado por quase todos os programas de pós-graduação aplicada a ele, em parte devido ao seu CV incomum.

Dos sete amigos e colegas de Thornton que conversaram com a Revista Nature, seis o chamaram de enérgico. O sétimo descreveu-o como “além de enérgico”. Mas só um pouco dessa intensidade é aparente em seu laboratório na reunião de quarta-feira pela manhã em Eugene. A crise do congelador tem passado longe: e ​​a força voltou depois de meia hora e o termômetro subiu apenas para -76 °C. Agora estudante de graduação da Dave Anderson ele recebe uma grade amigável durante uma palestra prática delineando sua proposta de tese: traçar a evolução do domínio de ligação do DNA a um receptor de hormônio antigo. A reunião se estende por 2,5 horas – não é incomum neste laboratório, todo mundo diz.

Um fascínio obrigatório

Desde seus dias de Greenpeace, Thornton foi fascinado pelos receptores de hormônios esteróides: em vertebrados, seis proteínas que se sentam no núcleo da célula e controlam a atividade dos genes. Através de “ligantes” específicos – que variam de hormônios estrógenos e andrógenos ao cortisol – os receptores desencadeiam” cascatas notáveis ​​de atividade biológica durante o desenvolvimento e fisiologia”, diz Thornton. “Sua afinidade com os hormônios é impressionante. Uma gota de hormônio em um carro tanque de estrada de ferro de soro é suficiente”- e, no entanto, como Thornton aprendeu a Greenpeace, eles podem ser emboscados por substâncias tóxicas. “Eu queria saber de onde este sistema veio”, diz ele.

Quando ele foi finalmente aceito para um PhD na Universidade de Columbia, iniciou uma comparação de genes de receptores de organismos vivos para juntar uma história detalhada de como a família de receptores teve evoluiu.

Assim, Thornton completou seu primeiro ano de estudos de pós-graduação, no entanto, o MIT Press ligou para perguntar se ele iria escrever um livro sobre a poluição de organoclorados. Ele trabalhava no laboratório durante o dia e escreveu à noite, em um quarto minúsculo em seu apartamento no Brooklyn, cercado por torres de papéis que eventualmente formaram as quase 1.200 referências e 611 páginas do veneno de Pandora, que saiu em 2000. “Eu fiquei chocado quando vi o livro”, diz Rob DeSalle, que estuda a evolução molecular no Museu Americano de História Natural, em Nova York, e co-orientadora de PhD de Thornton. “Ele poderia ter sido escritor de Guerra e Paz e eu não teria conhecido”.

O livro causou um rebuliço. Baseando-se em argumentos que ele havia formulado pelo Greenpeace, Thornton fez do caso algo que a política de regulação deve se concentrar na gestão de classes de produtos químicos tóxicos, em vez de dezenas de milhares de substâncias, um por um – e que a prioridade deve ser organoclorados. Estas substâncias, geradas pelo uso de gás de cloro na indústria química de papel têm propriedades de estabilidade e solubilidade que os tornam desejáveis ​​para a indústria, mas problemática para o ambiente devido à sua longa vida e acumulam-se em tecidos animais. A avaliação da natureza do chamado veneno de Pandora foi um “marco” e em outra avaliação foi comparada ao famoso tratado de Rachel Carson sobre poluentes, “Silent Spring” de 1962. O Conselho Clorino de Química em Washington DC, no entanto, criticou o livro de Thornton chamando de “hipérbole e análise de risco com defeito”.

Mas Thornton já estava se preparando para fazer um tipo diferente de abordagem, com seu primeiro paper na Science. Ele e sua equipe analisaram o pressuposto de que apenas os vertebrados têm receptores de hormônios esteróides por clonagem de uma Aplysia californica, uma lesma-do-mar. A descoberta implicava que a origem do receptor de gene era mais antiga do que ninguém tinha percebido. “Eu teria odiado ser um estudante graduado. Ele estava escrevendo um livro e ia publicar na Science e ter dois filhos ao mesmo tempo”, diz Darcy Kelley, biólogo da Columbia e outro co-supervisor do PhD de Thornton.

A abordagem de Thornton no estudo em 2003, é o estudo que ele tem seguido desde então. Começando com os genes para receptores de hormônios esteróides a partir de uma série de organismos vivos, ele seguiu para trás através da árvore evolutiva muito provavelmente a deduzir a seqüência do ancestral comum de todos esses receptores, que existiu por volta de 600 ou 800 milhões de anos atrás, no ancestral comum de “você e um caracol”, como ele diz. Em vez de parar lá, como a maioria dos biólogos evolutivos teria feito, então ele construiu o gene e inserido em células que poderiam fabricar a antiga proteína.

Retirado de Nature News

Retirado de Nature News

Ressuscitar a proteína, diz Thornton, permitiu sua equipe “testar experimentalmente hipóteses sobre a evolução que seriam apenas especulação”. Eles mostraram que o receptor ancestral era sensível aos estrogênios, mas não relacionado a hormônios – apoiam a ideia de que a família de receptores evoluiu através de uma série de duplicações de genes e que as cópias gradualmente evoluíram afinidades com outros ligantes.

Até o momento seu artigo saiu na revista Science, Thornton tinha tomado uma posição de corpo docente em Eugene, uma antiga cidade hippie que faz tanto homenagem às bicicletas como faz para carros. Ele construiu uma casa (sem PVC, com piso de bambu sustentável) e passou a trabalhar na construção de sua ressurreição proteica no laboratório.

Thornton queria aprofundar o quebra-cabeça de sistemas como complexos em que firmemente evolui partes moleculares que interagem. Era um enigma de longa data. Como Charles Darwin escreveu em A Origem das Espécies: “Se pudesse ser demonstrado que existiu algum órgão complexo que não poderia ter se formado por numerosas, sucessivas e ligeiras modificações, minha teoria seria absolutamente quebrada“. E o que era um quebra-cabeça evolucionista para os biólogos era um alvo para os críticos da evolução. Michael Behe, bioquímico da Universidade de Lehigh em Bethlehem, Pensilvânia, e um membro sênior do Discovery Institute em Seattle, Washington, fez a proposta na década de 1990 que tais sistemas – a cascata de coagulação do sangue, por exemplo, ou o motor molecular do chamado flagelo – são tão “irredutivelmente complexos” que eles não poderiam ter evoluído passo a passo, e só pode ser o produto de design inteligente.

Thornton diz que não se propôs a refutar design inteligente, mas a perspectiva de uma luta quase o colocou. “Já estive lá, gostei de tudo”, diz ele. Ele escolheu explorar um par de receptores de hormônios esteróides: o receptor mineralocorticóide (MR), que liga o hormônio aldosterona e regula o equilíbrio de sal e água; e o receptor glicocorticóide intimamente relacionado (GR), que se liga e controla resposta ao estresse pelo cortisol. A duplicação de genes de mais de 450 milhões de anos produziu os dois receptores – mas aldosterona não surgiu até muitos milhões de anos mais tarde. O momento parecia fazer o MR um exemplo clássico de complexidade irredutível: como a seleção poderia conduzir a evolução de um bloqueio (MR) para caber uma chave (aldosterona) que ainda não existia?

Evolução trabalhando

Liderados por Bridgham, a equipe de Thornton encontrou a resposta ressuscitando o antepassado de ambos os receptores. Para sua surpresa, era sensível à aldosterona, sugerindo que tinha sido ativado por um ligante antigo com uma estrutura similar. Uma vez que a aldosterona tinham evoluído, a equipe propôs que a evolução tirou proveito do receptor existente para controlar uma nova função biológica – um processo denominado por Thornton de “exploração molecular”. Eles também mostraram como o seu receptor associado, o GR, teve a evolução de suas próprias funções.

“Esses estudos solidamente refutam todas as partes do argumento do design inteligente”, escreveu Christoph Adami, um biólogo evolucionista da Keck Graduate Institute of Science, e de Ciências Biológicas Aplicadas em Claremont, Califórnia, em um artigo intitulado “complexidade redutível”. Mas Behe rejeitou o resultado. O receptor e o ligante ligando não são irredutivelmente complexos, diz ele, e a evolução não lhes deu verdadeiramente qualquer nova função. “Eu acho que seus resultados são bastante coerentes com a minha própria visão de que os processos darwinianos são pobres para explicar a complexidade encontrada na vida”, Behe ​​disse a Nature.

Thornton apareceu com mais pistas sobre o funcionamento da evolução quando sua equipe explorou a história do GR, que se tornou única e sensível ao cortisol ao longo de cerca de 20 milhões de anos. Trabalhando com biólogos estruturais da Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill, o grupo determinou a estrutura cristalina do ancestral comum de GR e MR. Eles mostraram as duas mutações cruciais em conjunto que alteraram o sítio de ligação do receptor ancestral que o tornou preferível ao cortisol – identificando ele e mais cinco mutações que terminaram o trabalho.

Em um capítulo final para a história, Thornton tentou correr essa seqüência evolutiva para trás. Mas quando os pesquisadores inverteram as sete mutações no formulário específico do cortisol antigo, eles não poderiam transformá-lo de volta em uma proteína que funcionou como o ancestral comum do GR e MR. Eles em vez projetou um mímico, incapaz de responder a qualquer hormônio. Isso porque um punhado de outras mutações tinha surgido no caminho para fazer um receptor específico de cortisol. Eles jogaram uma pequena parte da função do novo receptor, mas agiu como um trilho evolutivo, impedindo-o de recuperar a sua antiga função.

Thornton mostrou que era necessário desfazer essas mutações também, para reverter a mudança. Para ele, o trabalho foi uma demonstração poderosa de que o caminho da evolução pode ser subordinado a eventos aleatórios. “O acaso desempenha um papel muito grande na determinação do que são possíveis resultados evolutivos”, diz ele. O estudo cativou a imprensa científica – e muitos outros. “Evolução abre caminhos para o futuro. Mas parece para fechá-las – com firmeza- também”, dizia um editorial do New York Times.

No artigo da Nature, que foi publicado, Thornton deu um tempo na questão dos receptores hormonais, e, em colaboração com Tom Stevens, um geneticista da Eugene, dissecou a evolução da V-ATPase, uma máquina molecular de bomba de prótons que atravessa as membranas e acidifica compartimentos no interior das células. O grupo queria saber como uma parte essencial da máquina – um anel de proteínas que se estende por membranas celulares – evoluiu de uma forma ancestral com dois componentes para um com três.

Com sua caixa de ferramentas de ressurreição proteica, os pesquisadores mostraram que, cerca de 800 milhões de anos atrás, o gene que codifica um componente proteico ancestral foi duplicado, e os genes filhos, então, ganharam duas mutações vitais. As alterações significam que as proteínas não podiam mais ficar em qualquer lugar do anel, mas, em vez teve que ocupar um local específico. De repente, o anel só podia funcionar com todas as três partes. O que surpreendeu Thornton foi que o anel de três componentes parecia funcionar melhor do que o seu homólogo de dois componentes. Mutações aleatórias, que atualmente corromperam proteínas levaram a “complexidade irredutível”.

Computando a complexidade

O estudo virou outro dedo para os proponentes do design inteligente – mas “eu sou uma espécie de entediado com eles”, diz Thornton. Ele está mais animado com a próxima história científica que está prestes a sair de seu laboratório. Seu grupo queria explorar como o ancestral da família de receptores de hormônios esteróides, que só foi sensível aos estrogênios, evoluiu para formas sensíveis a outros hormônios. E desta vez, ele não encontrou pistas nas estruturas cristalinas de proteínas ressuscitadas antes e depois da mudança.

A resposta pode ser encontrada em uma tela de computador no final do laboratório de Thornton. Mike Harms, um pós-doc que se juntou ao laboratório há três anos, utilizou seus conhecimentos em biofísica e um imenso poder computacional para simular os movimentos de cada átomo nos receptores ancestrais, mostrando como apenas duas mutações dirigiram a transformação. Quando Harms roda o computador, uma molécula de estrogênio se dirige para a estrutura de ligação de um receptor de cerca de 550 milhões anos de idade. Mas quando ele executa uma simulação do mesmo receptor, aqueles com duas mutações, o estrogênio nunca encontra um lugar confortável.

Esta história evolutiva também lança luz sobre por que o receptor de estrogênio é agora vulnerável às ameaças contra a qual Thornton fez campanha em sua vida anterior. A equipe trabalhou para entender como cada receptor de esteróides evoluiu para ser somente o mais específico que tinha que ser e para se ligar ao seu ligante-alvo e excluir todos os outros que existiam na época. O receptor de estrógeno consegue isso por substâncias que contêm uma estrutura química chamada de anel de ligação aromatizada. Porque estrogênios são os únicos hormônios esteróides para ter tal anel, esse critério foi o suficiente para garantir que o receptor vinculado apenas a estrogênios tenha muitos milhões de anos. Até ai, o maquinário químico começou a bombear para fora centenas de substâncias que continham tais anéis aromatizados, que o receptor de estrogênio involuntariamente havia ligado. “Os desreguladores endócrinos estão, infelizmente, se aproveitando dessa promiscuidade. Esse é o resultado da história evolutiva dos receptores”, diz Thornton.

Thornton faz ver o progresso nas questões sobre as quais ele já fez campanha. A produção de produtos químicos tóxicos nos Estados Unidos caiu desde os seus dias com o Greenpeace, e em 2007, a União Europeia aprovou o REACH (Registo, Avaliação, Autorização e Restrição de Produtos Químicos), que enfatiza a eliminação das substâncias mais perigosas. Essa lei coloca o ônus sobre a indústria química para mostrar que um produto é seguro, em vez de reguladores para provar que é perigoso – é a abordagem que Thornton argumentou em veneno de Pandora.

Será que ele perdeu algo ao fazer uma campanha contra? Sim e não. “Estou menos capaz de convencer a mim mesmo de que o mundo tem que ser exatamente como eu encaro isso. Eu sei que é difícil para mim por ocupar essa cadeira ativista. “Além disso, diz ele, “Meus filhos tiram toda essa energia agora”.

Ou quase. Suas criações também fazem isto. De volta ao seu escritório, nós ouvimos a mensagem de correio de voz deixada pelo congelador em seu telefone mais cedo naquele dia. “O passado está chamando”, diz Thornton.

Fonte: Nature News

3 thoughts on “PROTEÍNAS PRÉ-HISTÓRICAS: RESSUSCITANDO OS MORTOS

  1. NetNature da uma olhadinha no Artigo acima em Um fascínio obrigatório, na parte que diz – “Desde deus dias de Greenpeace, Thornton foi fascinado pelos receptores de hormônios esteróides” verificar a ortografia em relação a palavra “deus” talvez seja “seus”.

    • Obrigado pelo aviso. Acho que ta dando uns problemas aqui na hora de passar o texto pro servidor. Quando escrevo textos que usa Potencias em matematica ou descrevo formulas químicas os índices as vezes mudam e nunca ficam na parte superior ou inferior.
      Olha isto

      “Você pode esperar os números 1 ou 0 “naturalmente”. Mas por que 1039? Por que não 1057 ou 10-123? Alguns princípios devem selecionar o 1039, de acordo com a maneira de pensar de Weyl”

      É coisa do WordPress. Ja passei por isto ano passado!
      Obrigado pelo toque. Sempre que achar erro me avise.😉

      PS: Agradeço ao Emerson tb pelo toque!!!

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