doi.org/10.1016/j.cell.2024.05.032
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#Forma de vida
À medida que o mundo se volta para o hidrogénio verde e outras fontes de energia renováveis, os cientistas descobriram que as archaea – a terceira forma de vida depois das bactérias e dos eucariotas – têm produzido energia utilizando gás hidrogénio e enzimas “ultramínimas” durante bilhões de anos.
Especificamente, a equipe internacional de investigadores descobriu que pelo menos nove filos de archaea, um domínio de organismos unicelulares sem estruturas internas ligadas à membrana, produzem gás hidrogénio utilizando enzimas que se pensa existirem apenas nas outras duas formas de vida.
Eles perceberam que Archaea não só tem as menores enzimas que utilizam hidrogênio em comparação com bactérias e eucariotos, mas suas enzimas para consumir e produzir hidrogênio são também as mais complexas caracterizadas até agora.
Pequenas e poderosas, estas enzimas aparentemente permitiram que as archaea sobrevivessem e prosperassem em alguns dos ambientes mais hostis da Terra, onde pouco ou nenhum oxigénio é encontrado.
“Os humanos só recentemente começaram a pensar na utilização do hidrogénio como fonte de energia, mas as archaea já o fazem há bilhões de anos”, diz Pok Man Leung, microbiologista da Universidade Monash, na Austrália, que co-liderou o estudo.
“Os biotecnólogos agora têm a oportunidade de se inspirar nessas arqueas para produzir hidrogênio industrialmente.” O hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo e é usado globalmente para produzir fertilizantes e outros produtos químicos, tratar metais, processar alimentos e refinar combustíveis.
Mas o futuro do hidrogénio reside no armazenamento de energia e na produção de aço, que poderia ser produzido com zero emissões se a energia renovável fosse utilizada para converter materiais como a água em gás hidrogénio.
Os microrganismos produzem e liberam gás hidrogênio (H2) para finalidades totalmente diferentes, principalmente para eliminar o excesso de elétrons produzidos durante a fermentação, um processo pelo qual os organismos extraem energia de carboidratos, como açúcares, sem oxigênio.
As enzimas usadas para consumir ou produzir H2 são chamadas de hidrogenases e foram pesquisadas de forma abrangente pela primeira vez na árvore da vida há apenas oito anos.
Desde então, o número de espécies microbianas conhecidas explodiu, especialmente archaea, que se escondem em ambientes extremos, como fontes termais, vulcões e fontes de águas profundas.
No entanto, a maioria das archaea são conhecidas apenas a partir de pedaços do seu código genético encontrados nestes ambientes, e muitas não foram cultivadas em laboratório porque é muito difícil fazê-lo.
Assim, o microbiologista da Monash University, Chris Greening, e seus colegas procuraram o gene que codifica parte de um tipo de hidrogenase, hidrogenases de ação rápida [FeFe], em mais de 2.300 grupos de espécies de arqueas listadas em um banco de dados global.
Em seguida, eles encarregaram o AlphaFold2 do Google de prever a estrutura das enzimas codificadas e expressaram essas enzimas na bactéria E.
coli, para verificar se esses genes eram realmente funcionais e produziam hidrogenases capazes de catalisar reações de hidrogênio em seu hospedeiro substituto.
“Nossa descoberta nos aproxima um passo da compreensão de como esse processo crucial deu origem a todos os eucariotos, incluindo os humanos”, diz Leung.
Eucariontes são organismos cujas células contêm um núcleo e organelas ligadas à membrana, como mitocôndrias e outras fábricas celulares úteis.
Acredita-se que todos os eucariotos tenham surgido da união de uma archaea anaeróbica e de uma bactéria que ela engoliu há bilhões de anos.
Uma segunda endossimbiose, muito posterior, deu origem ao ancestral das plantas, os cloroplastos.
Greening, Leung e os seus colegas encontraram as instruções genéticas para [FeFe] hidrogenases em nove filos de arqueas e confirmaram que são de fato ativas nesses microrganismos – tornando-os três dos três domínios da vida que utilizam estes tipos de enzimas para produzir hidrogénio.
Mas, ao contrário das bactérias e dos eucariontes, análises posteriores mostraram que as archaea montam “complexos híbridos notáveis” para as suas necessidades de produção de hidrogénio, fundindo dois tipos de hidrogenases.
“Essas descobertas revelam novas adaptações metabólicas de archaea, catalisadores H2 simplificados para o desenvolvimento biotecnológico e uma história evolutiva surpreendentemente entrelaçada entre as duas principais enzimas metabolizadoras de H2”, escreve a equipe em seu artigo.
Muitos dos genomas catalogados de archaea analisados neste estudo estão, no entanto, incompletos, e quem sabe quantas espécies ainda estão por descobrir.
É mais do que provável que as archaea abriguem outras formas engenhosas de produzir energia que ainda não descobrimos.
Publicado em 13/06/2024 11h01
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