“Estou fascinado pela vida e é por isso que quero quebrá-la.” É assim que Betül Kaçar, professora assistente da Universidade do Arizona com atuação no Departamento de Biologia Molecular e Celular, no Departamento de Astronomia e no Laboratório Lunar e Planetário, descreve sua pesquisa.
O que pode parecer insensível é uma abordagem científica legítima em astrobiologia. Conhecida como sequenciamento ancestral, a ideia é “ressuscitar” sequências genéticas desde o início da vida, colocá-las para trabalhar nas vias celulares dos micróbios modernos – pense no Parque Jurássico, mas com genes extintos no lugar de dinossauros, e estudar como o organismo lida com .
Em um artigo recente publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences, a equipe de pesquisa de Kaçar relata uma descoberta inesperada: a evolução, ao que parece, não é muito boa em multitarefa.
Kaçar usa o sequenciamento ancestral para descobrir o que faz a vida funcionar e como os organismos são moldados pela pressão da seleção evolutiva. Os insights obtidos podem, por sua vez, oferecer pistas sobre o que é necessário para as moléculas precursoras orgânicas darem origem à vida – seja na Terra ou em mundos distantes. Em seu laboratório, Kaçar se especializou em projetar moléculas que agem como minúsculas chaves invisíveis, causando estragos na delicada maquinaria celular que permite aos organismos comer, se mover e se multiplicar – em resumo, viver.
Kaçar concentrou sua atenção na máquina de tradução, um mecanismo molecular labiríntico que traduz em proteínas as informações codificadas no DNA da bactéria. Todos os organismos – de micróbios a algas, de árvores a humanos – possuem esse mecanismo em suas células.
“Aproximamos tudo sobre o passado com base no que temos hoje”, disse Kaçar. “Toda vida precisa de um sistema de codificação – algo que pega informações e as transforma em moléculas que podem realizar tarefas – e o mecanismo de tradução faz exatamente isso. Cria o alfabeto da vida. É por isso que pensamos nele como um fóssil que permaneceu praticamente inalterado, pelo menos em seu núcleo. Se algum dia encontrarmos vida em outro lugar, você pode apostar que a primeira coisa que veremos são seus sistemas de processamento de informações, e a máquina de tradução é apenas isso. ”
Tão crítico é o mecanismo de translação para a vida na Terra que, mesmo ao longo de mais de 3,5 bilhões de anos de evolução, suas partes sofreram poucas mudanças substanciais. Os cientistas se referiram a isso como “um acidente evolucionário congelado no tempo”.
“Acho que tenho tendência a bagunçar coisas que não devo”, disse Kaçar. “Bloqueado no tempo” Vamos desbloquear. Quebrá-lo levaria a célula à destruição “Vamos quebrá-lo.”
Os pesquisadores pegaram seis cepas diferentes da bactéria Escherichia coli e criaram as células geneticamente com componentes mutantes de seu mecanismo de tradução. Eles visaram a etapa que alimenta a unidade com informações genéticas, trocando a proteína do ônibus espacial com primos evolutivos retirados de outros micróbios, incluindo um ancestral reconstruído de cerca de 700 milhões de anos atrás.
“Entramos no coração do que pensamos ser uma das primeiras máquinas da vida”, disse Kaçar. “Nós o quebramos um pouco e muito de propósito para ver como as células lidam com esse problema. Ao fazer isso, achamos que criamos um problema urgente para a célula e isso vai consertar.”
Em seguida, a equipe imitou a evolução fazendo com que as cepas bacterianas manipuladas competissem umas com as outras – como uma versão microbiana de “The Hunger Games”. Mil gerações depois, algumas linhagens se saíram melhor do que outras, como era de se esperar. Mas quando a equipe de Kaçar analisou exatamente como a bactéria respondia às perturbações em seus componentes translacionais, eles descobriram algo inesperado: inicialmente, a seleção natural melhorou o mecanismo de translação comprometido, mas seu foco mudou para outros módulos celulares antes que o desempenho do mecanismo fosse totalmente restaurado.
Para descobrir o motivo, Kaçar recrutou Sandeep Venkataram, um especialista em genética populacional da Universidade da Califórnia, em San Diego.
Venkataram compara o processo a um jogo de whack-a-mole, com cada toupeira representando um módulo celular. Sempre que um módulo sofre uma mutação, ele aparece. O martelo que o destrói é a ação da seleção natural. As mutações são distribuídas aleatoriamente em todos os módulos, de modo que todos os sinais surgem aleatoriamente.
“Esperávamos que o martelo da seleção natural também descesse aleatoriamente, mas não foi isso que descobrimos”, disse ele. “Em vez disso, ele não age aleatoriamente, mas tem um forte viés, favorecendo as mutações que fornecem a maior vantagem de aptidão enquanto elimina outras mutações menos benéficas, embora também forneçam um benefício para o organismo.”
Em outras palavras, a evolução não é multitarefa quando se trata de corrigir problemas.
“Parece que a evolução é míope”, disse Venkataram. “Ele se concentra no problema mais imediato, coloca um band-aid e então passa para o próximo problema, sem terminar completamente o problema em que estava trabalhando antes.”
“Acontece que as células corrigem seus problemas, mas não da maneira como poderíamos corrigi-los”, acrescentou Kaçar. “De certa forma, é um pouco como organizar um caminhão de entrega enquanto ele dirige por uma estrada esburacada. Você pode empilhar e organizar apenas um determinado número de caixas de cada vez antes que elas inevitavelmente se misturem. Você nunca terá realmente a chance de fazer grandes , arranjo ordenado. ”
Por que a seleção natural age dessa forma ainda precisa ser estudado, mas o que a pesquisa mostrou é que, no geral, o processo resulta no que os autores chamam de “estagnação evolutiva” – enquanto a evolução está ocupada consertando um problema, ela o faz às custas de todos outros problemas que precisam ser corrigidos. Eles concluíram que, pelo menos em populações de evolução rápida, como bactérias, a adaptação em alguns módulos pararia, apesar da disponibilidade de mutações benéficas. Isso resulta em uma situação em que os organismos nunca podem atingir um estado totalmente otimizado.
“O sistema tem que ser capaz de ser menos do que ideal para que a evolução tenha algo sobre o que atuar diante de uma perturbação – em outras palavras, é preciso haver espaço para melhorias”, disse Kaçar.
Kaçar acredita que essa característica da evolução pode ser uma assinatura de qualquer sistema auto-organizado e ela suspeita que esse princípio tenha contrapartidas em todos os níveis da hierarquia biológica, remontando aos primórdios da vida, possivelmente até aos tempos pré-bióticos, quando a vida ainda não havia se materializado.
Com o financiamento contínuo da John Templeton Foundation e da NASA, o grupo de pesquisa agora está trabalhando no uso de sequenciamento ancestral para voltar ainda mais no tempo, disse Kaçar.
“Queremos reduzir ainda mais as coisas e criar sistemas que começam como o que consideramos pré-vida e depois passam para o que consideramos vida.”
Publicado em 14/08/2020 22h13
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