CIENTISTAS DEFENDEM QUE O ‘ALFABETO MOLECULAR’ IDEAL DA BIOLOGIA PODE SER PRÉ-DETERMINADO.

Uma equipe internacional e interdisciplinar que trabalha no Earth-Life Science Institute (ELSI) do Instituto de Tecnologia de Tóquio modelou a evolução de um dos conjuntos mais fundamentais de biologia dos blocos de construção e descobriu que ele pode ter propriedades especiais que ajudaram a se auto-incorporar em suas formas modernas.

Cada um dos aminoácidos codificados possui propriedades únicas que ajudam as proteínas biológicas a se dobrarem de maneira ideal. O conjunto de aminoácidos utilizados pela biologia parece ter sido otimizado evolutivamente. Crédito: HJ Cleaves, ELSI/Wikimedia Commons

Toda a vida, de bactérias a baleias azuis e seres humanos, usa um conjunto quase universal de 20 aminoácidos codificados (CAAs) para construir proteínas. Esse conjunto provavelmente foi “canonizado” ou padronizado durante a evolução inicial; antes disso, conjuntos menores de aminoácidos foram gradualmente expandidos à medida que os organismos desenvolviam novas habilidades de revisão e codificação sintéticas. O novo estudo, liderado por Melissa Ilardo, agora na Universidade de Utah, explorou como essa evolução definida pode ter ocorrido.

Existem milhões de tipos possíveis de aminoácidos que podem ser encontrados na Terra ou em outras partes do Universo, cada um com suas próprias propriedades químicas distintas. De fato, os cientistas descobriram que essas propriedades químicas únicas são o que dá às proteínas biológicas, as grandes moléculas que fazem grande parte da catálise da vida, suas próprias capacidades únicas. A equipe já havia medido como o conjunto de CAA se compara a conjuntos aleatórios de aminoácidos e descobriu que apenas cerca de 1 em um bilhão de conjuntos aleatórios tinham propriedades químicas tão incomumente distribuídas quanto as dos CAAs.

Assim, a equipe decidiu perguntar como seriam os conjuntos codificados menores em termos de propriedades químicas. Existem muitos subconjuntos possíveis dos CAAs modernos ou outros aminoácidos atualmente não codificados que poderiam ter compreendido os conjuntos anteriores. A equipe calculou as possíveis maneiras de fazer um conjunto de 3-20 aminoácidos usando uma biblioteca especial de 1913 aminoácidos “virtuais” estruturalmente diversos que foram computadorizados e concluíram que há 1048 maneiras de fazer séries de 20 aminoácidos. Por outro lado, existem apenas 1019 grãos de areia na Terra e apenas 1024 estrelas em todo o universo. “Existem tantos aminoácidos possíveis e tantas maneiras de fazer combinações deles, que uma abordagem computacional foi a única maneira abrangente de abordar essa questão”, diz Jim Cleaves, membro da equipe do ELSI. “Implementações eficientes de algoritmos baseados em modelos matemáticos apropriados nos permitem lidar com espaços combinatórios astronomicamente imensos”, acrescenta o co-autor Markus Meringer, do Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Como esse número é tão grande, eles usaram métodos estatísticos para comparar o valor adaptativo das propriedades físico-químicas combinadas do conjunto moderno de CAA com o de bilhões de conjuntos aleatórios de 3-20 aminoácidos. O que eles descobriram foi que os CAAs podem ter sido mantidos seletivamente durante a evolução devido às suas propriedades químicas adaptativas únicas, que os ajudam a produzir proteínas ideais, ajudando os organismos que poderiam produzir essas proteínas a se ajustarem.

Eles descobriram que mesmo conjuntos hipotéticos contendo apenas um ou alguns CAAs modernos eram especialmente adaptáveis. Era difícil encontrar conjuntos, mesmo entre uma infinidade de alternativas que possuem propriedades químicas exclusivas do conjunto CAA moderno. Esses resultados sugerem que cada vez que um CAA moderno foi descoberto e incorporado ao kit de ferramentas da biologia durante a evolução, ele forneceu um valor adaptável incomum entre um grande número de alternativas, e cada etapa seletiva pode ter ajudado a iniciar o conjunto de desenvolvimento para incluir ainda mais CAAs, em última análise levando ao conjunto moderno.

Se for verdade, especulam os pesquisadores, isso pode significar que, mesmo considerando uma grande variedade de pontos de partida para o desenvolvimento de conjuntos de aminoácidos codificados, a biologia pode acabar convergindo para um conjunto semelhante. Como esse modelo foi baseado nas propriedades físicas e químicas invariantes dos próprios aminoácidos, isso pode significar que mesmo a Vida além da Terra pode ser muito semelhante à vida moderna na Terra. O co-autor Rudrarup Bose, agora do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular em Dresden, coloca a hipótese adicional de que “a vida pode não ser apenas um conjunto de eventos acidentais. Em vez disso, pode haver algumas leis universais que governam a evolução da vida”.

Jornal Referência: Melissa Ilardo, Rudrarup Bose, Markus Meringer, Bakhtiyor Rasulev, Natalie Grefenstette, James Stephenson, Stephen Freeland, Richard J. Gillams, Christopher J. Butch, H. James Cleaves. Adaptive Properties of the Genetically Encoded Amino Acid Alphabet Are Inherited from Its SubsetsScientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-47574-x

Fonte: Science Daily

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