Dentro dos nossos corpos, a cada momento, as nossas células orquestram uma dança complexa de átomos e moléculas que utiliza energia para criar e distribuir as substâncias das quais as nossas vidas dependem.
E não é apenas no nosso corpo: todos os animais realizam esta dança do metabolismo, e acontece que nenhum deles o faz da mesma maneira.
Numa nova investigação publicada na Science Advances, analisámos átomos de carbono específicos em aminoácidos – os blocos de construção das proteínas – para descobrir impressões digitais distintas do metabolismo de diferentes espécies.
Estas impressões digitais revelam como diferentes criaturas satisfazem as exigências de sobrevivência, crescimento e reprodução – e oferecem uma forma totalmente nova de compreender o metabolismo com detalhes sem precedentes.
Uma imagem mais detalhada
Desenvolvemos uma nova forma de estudar o metabolismo – os processos químicos dentro do seu corpo que o mantêm vivo e funcionando – que revela muito mais detalhes do que os métodos anteriores. Nossa nova técnica analisa isótopos dentro de aminoácidos para ver como o metabolismo está funcionando.
Isótopos são versões do mesmo elemento químico com massas diferentes. Por exemplo, o tipo mais comum de carbono é o carbono-12, mas também existe um isótopo chamado carbono-13 que é um pouco mais pesado. Podemos medir a proporção de isótopos pesados e leves em moléculas biológicas, como proteínas, para aprender sobre o organismo que os produziu.
Tradicionalmente, os cientistas analisavam a proporção geral de isótopos de toda a proteína. Isto pode revelar algumas informações, particularmente sobre os tipos de coisas que um animal come, mas é como calcular a média de uma imagem complexa de TV num único pixel de luz – perde-se toda a informação detalhada.
Mais recentemente, os cientistas conseguiram medir isótopos em cada um dos 20 aminoácidos individuais que constituem as proteínas. É como ter 20 pontos de luz – melhor, mas ainda sem muitas nuances.
Nosso novo método vai ainda mais longe, medindo isótopos em um átomo de carbono específico em cada aminoácido. É como ver cada pixel da imagem da TV, o que nos dá informações metabólicas incrivelmente detalhadas.
Encontrando o carbono certo
Usamos uma substância química chamada ninidrina para cortar e isolar o átomo de carbono que queríamos de cada aminoácido. Em seguida, enviamos esses átomos de carbono – de uma parte muito ativa do aminoácido chamada grupo carboxila – através de uma máquina chamada espectrômetro de massa para ler suas impressões digitais isotópicas.
Esta pesquisa começou há mais de uma década e se desenvolveu em um projeto colaborativo entre a Griffith University e a Queensland Health. Em 2018, trabalhando com colegas no Japão, conseguimos demonstrar que poderíamos de fato usar a niidrina para isolar os átomos de carbono que queríamos dos aminoácidos.
A próxima etapa foi combinar nossa técnica de niidrina com um processo chamado cromatografia líquida de alta eficiência, que pode separar diferentes tipos de aminoácidos.
Em 2019, conseguimos relatar análises isotópicas específicas de posição para vários mamíferos diferentes. Descobrimos que podíamos distinguir uma “impressão digital” metabólica clara de cada mamífero.
As quatro fases do metabolismo
No nosso trabalho mais recente, testámos uma gama mais ampla de animais, incluindo ostras, vieiras, camarões, lulas e peixes. Descobrimos que os padrões de isótopos nos aminoácidos podem ser rastreados até à bioquímica das mitocôndrias, as minúsculas centrais fornecedoras de energia nas células de todos os animais e plantas, bem como de muitos outros organismos.
Identificamos quatro fases distintas do metabolismo: criação de gorduras, destruição de gorduras, criação de proteínas e destruição de proteínas. Os animais combinam essas fases de maneiras distintas para realizar o crescimento e a reprodução.
Por exemplo, os mamíferos adultos utilizam as gorduras como despensa para regular a sua temperatura, enquanto os camarões adultos canibalizam as suas próprias proteínas para produzir as gorduras de que necessitam para a reprodução.
Descobrimos também que os humanos que estudámos apresentavam um metabolismo muito equilibrado e em estado estacionário, o que talvez não seja surpreendente, dadas as nossas dietas geralmente estáveis e nutritivas. Curiosamente, isto foi bastante semelhante ao que encontramos numa amostra de ostra.
Neste trabalho, estudamos indivíduos com metabolismo geralmente normal. Aplicações futuras podem incluir estudos de grupos com metabolismo anormal, como câncer, obesidade e fome.
Ao examinar profundamente os isótopos dos aminoácidos, seremos capazes de compreender o metabolismo dos eucariotos como nunca antes, em animais, plantas e fungos.
Publicado em 14/09/2023 00h43
Artigo original:
Estudo original: