Informação e Biogênese

1. Reconstituição de uma proteína ancestral

Um dos grandes enigmas da origem da vida foi como e em que tipo de habitat ela começou. Não temos a mínima idéia sobre o “como”, pois, não existe nenhuma evidência geoquímica de que tenha havido precursores da vida aqui na terra, mas agora algumas pistas supostamente nos ajuda a pensar melhor sobre o habitat original do protobionte. Pelo menos é assim que Jose Sanchez-Ruiz, da Universidade de Granada, Espanha, pensa.

Ele comparou as sequências gênicas da tiorredoxina de diferentes espécies e analisou os dados evolucionariamente. A tiorredoxina é uma das proteínas mais antigas que se conhece, e o autor não descarta possibilidade de ser um suposto remanescente de um ancestral comum microscópico transferido de Marte para a Terra há uns quatro bilhões de anos. Ele colocou essas sequências em uma árvore filogenética em um computador e inferiu com a ajuda de um software a provável sequência do DNA codificador primordial, e tendo assim obtido a suposta sequência, ele sintetizou quimicamente esse "protogene" e inseriu em uma bactéria. O resultado foi a “ressurreição” de uma tiorredoxina funcionalmente ativa. 

As tiorredoxinas quebram pontes dissulfeto em outras moléculas e tem um papel regulador na manutenção do potencial redox da célula. Elas se distribuem em praticamente todos os organismos conhecidos, das bactérias ao homem, e é um dos genes originais do primeiro ser vivo. A grande novidade nesse trabalho é que a tiorredoxina obtida por regressão computacional é ativa, e se enovelada espontaneamente, mostrando que a abordagem metodológica do autor foi válida, e mostra que a informação gênica desta proteína permaneceu estável por bilhões de anos.

(Essa proteína, assim como outras possivelmente primordiais, como o citocromo c, são pequenas, e nota-se que nos eucariotos a maioria das proteínas se tornaram subitamente maiores que as dos procariotos, aumentado sua extensão de alfa-hélice. Isto sugere que a evolução ocorreu aos saltos também em nível macromolecular.)

As tiorredoxinas, incluindo a “ressurrecta”, assim como outras proteínas consideradas igualmente primordiais, sao estáveis em meio ácidos e em ambientes de alta temperatura, > 100 ^oC. Isso sugere a hipótese de que a vida se originou em um ambiente de alta temperatura e provavelmente ácido, um ambiente deveras hostil para as formas de vida vigentes.

O estudo não discute a possibilidade de proteínas antigas terem se originado fora da Terra. O módulo Curiosity, da Nasa, que presentemente explora o solo de Marte, sugere que este planeta teria sido um lugar mais apropriado para o desenvolvimento de vida durante os primeiros 500 milhões de anos do sistema solar, ou seja, entre 4,5 e 4 bilhões de anos atrás. Durante este período, muitos meteoritos marcianos caíram sobre a Terra, pois nosso planeta atuava como uma espécie de aspirador de pó gravitacional a vácuo. Comentando sobre isso, José Sanchez-Ruiz disse: “há quatro bilhões de anos Marte foi um lugar mais seguro que a Terra…Talvez o último ancestral comum (o primeiro vivente) se formou em Marte e foi transferido para a Terra”. Especulação à parte, a panspermia vem ganhando cada vez mais adeptos, e cada vez mais cresce a ideia de que a Terra é um lugar de montagem, e não de origem..

Comentário: Aproveito para enfatizar a importância da informação. Não importa se ela está codificada em DNA, ou em HD, ou em um CD, o que importa é a mensagem que ela carrega. O material onde ela está codificada nada mais é que a base material que o sistema de leitura utiliza. O DNA é apenas o sistema de armazenamento e transmissão que o sistema operacional da célula processa.

http://www.spacedaily.com/reports/Reconstructed_proteins_give_clues_to_first_life_on_Earth_or_Mars_999.html


2. Pandoravírus: a quarta vertente da vida?

Um novo vírus, bastante atípico, foi descoberto  recentemente. Ele recebeu o nome de Pandoravirus por ter a forma de uma ânfora, e tem um caráter incomum quando comparado a outros vírus. É um vírus muito grande, rivalizando com as dimensões das menores bactérias e tem um DNA genômico de 2,5 Mb (aproximadamente 2.000 genes), comparado aos 10 genes em média que a maioria dos vírus possui. Esses virus são encontrados nos sedimentos de rios parasitando amebas de vida livre. Até agora duas espécies foram identificadas: Pandoravirus salinus, no Chile, e Pandoravirus dulcis, na Austrália.

O grande tamanho desses vírus (da ordem do mícron) levou os pesquisadores a confundi-los com bactéria há 13 anos, e por isso foi descartado, mas somente agora foi possível mostrar que se trata de um vírus, o que foi um achado surpreendente, dado que os vírus conhecidos tem tamanho frequentemente entre 50 e 100 nanômetros. Anteriormente, outro “vírus gigante” (os Mimivirus, com cerca de 0,7 mícron de diâmetro) foi também identificado infectando grandes amebas de vida livre (Acanthamoeba sp.).

Entretanto, o fato singular dos pandoravírus e de interesse para os teóricos da origem da vida é que a maior parte dos seus genes não batem com os genes das bases de dados conhecidas. Se isto se confirmar, ficará demonstrado que se trata de uma forma de vida que teve uma origem diferente das linhagens primitivas de bactéria, archea e eukarya. Se for o caso, a árvore da vida terá de ser redesenhada.

Comentário: Isto precisa ser esclarecido o quanto antes, sobretudo se o código genético usado pelos pandoravírus é o mesmo, o que eliminaria a hipótese de pelo menos duas origens paralelas de viventes (a hipótese nula). Isto também lança uma segunda pergunta: sabendo que mais de 60% das bactérias encontradas no oceano não são cultiváveis em laboratório, seria isso indício de serem, na verdade, grandes vírus? Ou, alternativamente, microorganismos com uma constituição genética divergente das bactérias “convencionais”?
         

Phillippe N, Legendre M, Doutre G, et al. Pandoraviruses: Amoeba viruses with genomes up to 2.5 Mb reaching that of parasitic eukaryotes, Science 2013; 341: 281-286.

 

Pennisi E. Ever-bigger viruses shake tree of life, Science 2013; 341: 226-227.

3. Lokiarqueota: o elo perdido da evoluçao dos eucariontes?

Concebemos a vida como tendo a célula como a forma mais simples e base para todos os demais viventes. A dois tipos de vida celular, eucariotos e procariotos. Os eucariotos originam as formas mais diversificadas e complexas de vida; são organismos cujas células possuem núcleo e organelas (mitocôndrias, cloroplastos) diferenciados e limitados por membranas. Essas organelas são usinas de energia e outros sistemas de membrana para transporte de proteínas existem nessas células. Os procariotos são células primitivas, sem núcleo e organelas, elas mesmas reúnem em um só corpo as funções de célula e mitocôndria, e tem uma capacidade de armazenar energia muito inferior aos eucariotos o por isso são limitados á ida unicelular.

Os procariotos dividiram-se em dos domínios: arquea e bactérias. Entre os primeiro estão microrganismo que produzem metano, vivem em ambientes extremos de temperatura, salinidade, e outras características ímpares. Um grupo divergente das arqueas, as lokiarqueotas, possuem algumas peculiaridades genômicas mais próximas dos eucariontes do que dos procariontes, e por isso especula-se se elas não seriam o “elo perdido” da evolução dos eucariotos. Elas vivem no solo do oceano Atlântico a 3.000 m de profundidade, nos “castelos de Loki”, nome que se dá aos campos de vento hidrotermais aí existentes. As lokiarqueotas são arqueas complexas.

Graças às modernas técnicas de sequenciamento foi possível obter mapas do DNA desses microrganismos a partir da reconstituição, por sofisticados programas de computação, de fragmentos em sedimentos oceânico próximos daquelas fontes. A análise genética mostrou que alguns genes das lokiarqueotas possuem assinatura de genes de eucariotos, tais como genes produtores de actina, envolvida na formação de citoesqueleto e movimentação de estruturas dentro da célula, genes envolvidos na endo- ou fagocitose, que poderiam ter incorporado bactérias e assim originado as mitocôndrias (bactérias heterotróficas) e cloroplastos (cianobactérias ou “algas verdes-azuis”), aumentando tremendamente a energia metabólica disponível, necessária ao projeto eucarionte. Este teria sido o ponto de partida para a evolução da célula eucariota. Quando for possível cultivar as lokiarqueotas (*), então seu genoma (“matanogenoma”) poderá ser sequenciado e informações de grande valor para a ciência da origem da vida certamente nos fará dar um passo importante adiante.

(*) No fundo do oceano a vida é lenta devido à pobreza de nutrientes e falta de sol, então é possível que as lokiarqueotas se multipliquem muito lentamente, talvez dobrando sua população a cada dez anos. Isso explicaria porque elas são tão difíceis de serem estudados e nunca forma cultivadas até agora. Contudo, pensa-se agora que se seus genes forem colocados em organismos mais complexos, eles os ajudarão a fazer paredes celulares e organelas. Em outras palavras, as lokiarqueotas teriam o kit de ferramentas necessários para impulsionar a evolução da célula eucariota, daí porque os autores da pesquisa pensam que estes compartilharam um ancestral comum com as lokiarqueotas.

4. Existe uma sexta base no DNA?

Sabemos que o DNA possui 4 bases: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) e Citosina (C). A timina é uma a base uracil metilada (5-metil-uracil), e o uracil substitui a timina no RNA. Nos anos 80 foi descoberta uma quinta base no DNA, a 5-metil-citosina (mC), e na década seguinte ficou claro que a adição do radical metil à citosina tem a função de ligar e desligar genes segundo a necessidade de cada tecido. Uma vez que todas as células têm a mesma sequência de bases, esse mecanismo permite modular genes. Esse mecanismo fundamenta as alterações epigenéticas, isto é, alterações na expressão gênica induzidas por modificações ambientais. Isto também desempenha um papel importante em certas doenças como, p. ex., no desenvolvimento de certas formas de câncer.

Agora foi descrita uma nova base que é uma potencial candidata à sexta base do DNA. Trata-se da N-6-metil-Aadenina (6mA), que até então acreditava-se existir somente em bactérias, onde desempenha a função de impedir a inserção de DNA estranho oriundo de outros organismos. Heyn e Esteller (2015) descobriram que essa base ocorre também em células eucariotas de algas verdes, moscas e vermes. Semelhante à mC, a 6mA tem também uma função regulatória na expressão gênica desses organismos, ou seja, seria uma marca epigenética. Pergunta-se agora se a 6mA ocorre em humanos, dado o fato de que existem evidências que ela teria algum papel nas células tronco.