Pesquisadores suíços estão olhando vários bilhões de anos para trás no tempo, quando a vida na Terra estava apenas começando a examinar como uma proteína primitivo foi capaz de evoluir. A viagem para o passado também permitiu aos cientistas um vislumbre do futuro da biologia sintética . As primeiras formas de vida primitivas que se desenvolveram na Terra cerca de quatro bilhões de anos atrás tinha pouco em comum com os organismos de hoje. Eles provavelmente geridos sem proteínas. E as primeiras proteínas que se formaram nos seguintes algumas centenas de milhões de anos para se tornar elementos essenciais do mundo dos vivos também são diferentes dos de hoje: cientistas supõem que as primeiras proteínas foram compostas de um repertório reduzido de apenas sete ou oito diferentes aminoácidos .
Para além dos 20 aminoácidos universais, um mecanismo de incorporação mais complexa permite a utilização de um ácido vigésimo primeiro aminoácido chamado selenocisteína. Encontra-se em muitos organismos vivos, incluindo seres humanos. Em certos microorganismos, o archaea, há ainda um ácido amino vigésimo segundo: pyrrolysine. Isso leva os cientistas a concluir que o código genético tem continuado a evoluir ao longo dos últimos bilhões de anos.
"Evolução, obviamente, não é mais. Poderia muito bem ser que aminoácidos adicionais serão incorporadas no código em devido tempo", diz Donald Hilvert, professor do Laboratório de Química Orgânica na ETH-Zurich .
O repertório de proteínas de hoje, no entanto, tipicamente, contém 20 aminoácidos. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Hilvert, professor simulou como o repertório de ácido amino mínimo partida poderia ter se expandido no curso da evolução. Não só os pesquisadores tirar conclusões sobre o passado de seu trabalho, eles também ganham importantes insights sobre direções futuras para a biologia sintética.
Os pesquisadores ETH-Zurich conduziu experimentos evolução com uma proteína sintética que desenvolveu há alguns anos em seu laboratório. Baseia-se uma enzima que existe efectivamente, um corismato mutase chamada. Embora a verdadeira enzima é composta de todos os 20 aminoácidos, no entanto, a proteína sintética contém um repertório reduzido de apenas nove.
"Nossa mutase corismato sintética tem a mesma função que o seu homólogo natural, mas é menos estável e menos ativos", diz Hilvert. Os cientistas agora examinado quanto a proteína simplificado pode ser otimizado e exatamente como ele se comporta, se é permitido expandir o repertório de aminoácidos - assim como pode ter ocorrido durante milênios de evolução. Para este fim, introduziram o gene para a proteína correspondente em bactérias que não contêm um corismato mutase natural e permitiu que as bactérias para crescer num bioreactor de um mês e meio.
No decurso desta experiência, as mutações surgiram naturalmente no material genético. Os investigadores estudaram então a extensão em que a proteína sintética e do seu gene tinha mudado. Tanto o gene e da proteína foi alterada na experiência - apenas marginalmente, mas com os efeitos principais: a actividade enzimática da proteína e a sua estabilidade aumentada. O fato de que as mudanças na seqüência de aminoácidos foram comparativamente menores surpreendeu os cientistas. Enquanto que a proteína é composto por cerca de 100 aminoácidos individuais, apenas dois deles modificado.
Em um local, o aminoácido isoleucina foi substituída com o aminoácido treonina, leucina e em outro local, com valina. "Estruturalmente falando, estes são apenas pequenas alterações. Os ácidos aminados novas não são todos que diferente dos que substituem", diz Hilvert.
Os cientistas teria esperado um maior número de mudanças mais significativas. "Mesmo que as duas mutações são muito conservadores, que foram capazes de mostrar que eles dão a proteína uma clara vantagem seletiva", explica Hilvert.
O trabalho dos cientistas ETH-Zurich não só oferece um vislumbre da história da evolução, uma vez que pode ter ocorrido quase quatro bilhões de anos atrás, os pesquisadores também foram capazes de tirar conclusões a partir dele de relevância para a biologia sintética. Parte deste campo de pesquisa envolve a expansão da funcionalidade das proteínas e dos organismos através de moléculas que não existem naturalmente.
Hoje, as enzimas produzidas sinteticamente já são utilizados na medicina e na indústria. No futuro, poderia não somente estes contêm os típicos 20 aminoácidos naturais, mas também outros sintéticos. A esperança é que um grande repertório vai proporcionar mais possibilidades na concepção de enzimas artificiais, como no que diz respeito à sua funcionalidade catalítica. Além disso, as enzimas feitas de aminoácidos sintéticos deverão ser divididos de forma mais lenta no organismo ou de um processo de fabrico, o que pode ser muito benéfico para certas aplicações médicas ou industriais.
"Uma lição deste projeto é que você não deve considerar apenas espetaculares aminoácidos sintéticos no desenvolvimento do repertório de aminoácidos mais na biologia sintética", diz Peter Kast, professor do Laboratório de Química Orgânica, que também estava envolvido no projeto. "Aminoácidos com pequenas diferenças de estruturas naturais também provado ser muito úteis."
Na verdade, o código genético em que toda a vida na terra presente baseia permitiria mais do que os 20 aminoácidos universais que ele contém. Apesar de tudo, os aminoácidos individuais de proteínas são codificadas ao nível genético, uma sequência de três chamados bases de nucleótidos (um tripleto de base) cada uma. O alfabeto da substância genética DNA contém quatro bases diferentes e o número de trigêmeos possíveis a partir destes é 64 (quatro para o poder de três). Com o código genético, de até 64 aminoácidos diferentes poderiam, portanto, ser descrita. Em vez disso, a natureza "apenas" programas de um conjunto limitado de 20 aminoácidos e um código redundante: tipicamente, aminoácidos individuais são cada descrito por vários trigêmeos.
Mas por quê? Uma das razões é, provavelmente, que esta redundância amortece o impacto das mutações no DNA, o que era evidentemente uma vantagem durante a evolução. "Com o repertório de 20 universais aminoácidos, a evolução atingiu um ótimo momentânea", diz ETH-Zurich Professor Donald Hilvert.
Para mais informações: Muller, M. et al. evolução dirigida de um modelo Primordial Enzima fornece insights sobre o Desenvolvimento do código genético . Revista PLoS Genetics, 2013, 9: e1003187, doi: 10.1371/journal.pgen.1003187 Jornal de referência: PLoS Genetics
O Galaxy Diário via ETH Zurich
Crédito da imagem: Com graças aos nossos amigos no Gizmodo: http://gizmodo.com/a-giant-leap/
Nenhum comentário:
Postar um comentário