RNAs copiadores reforçam ideia de como a vida na Terra começou

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Por Robert F. Service
Publicado na Science

Uma propriedade fundamental da vida é a capacidade de se replicar. E pesquisadores agora criaram as primeiras moléculas de RNA, capazes de copiar quase todos os outros tipos de RNAs.

A descoberta reforça a opinião geral entre os pesquisadores que estudam a origem da vida, de que o RNA precedeu o DNA como armazém de informações das primeiras células, há cerca de 4 bilhões de anos atrás.

Ironicamente, as novas copiadoras de RNA ainda não podem duplicar a si mesmas.

Mas se futuras versões incrementadas puderem fazê-lo, então poderiam levar à criação de micróbios sintéticos que usariam RNA como sua única fonte de informação genética.

Todas as células modernas exigem a presença simultânea de DNA, RNA, e Proteínas a fim de crescerem e se replicarem. Ou seja, a síntese de um desses tipos de molécula no interior das células, requer a presença dos outros dois tipos.

Mas ainda na década de 1960, os pesquisadores levantaram a hipótese de que as células modernas evoluíram a partir de progenitores que não exigiam esta interdependência. E o RNA parece uma biomolécula provável de cumprir todos os papéis. Essa hipótese é chamada de “Mundo de RNA”.

Assim como o DNA, o RNA é capaz de armazenar informação; e assim como as proteínas, o RNA pode atuar como catalisador para acelerar certas reações.

Logo cedo, os pesquisadores também descobriram que o RNA está no cerne de várias enzimas críticas para a vida, como é o caso do ribossomo (um tipo de RNA) que constrói proteínas. A hipótese mais forte é que a vida começou com o RNA controlando as funções genética e bioquímica dentro de todas as células.

Se o RNA foi realmente fundamental para a bioquímica primitiva, RNAs devem ter sido capazes de auto copiar-se, para que as células pudessem se multiplicar e evoluir.

Encontrar RNA copiadores é o “olho de boi da hipótese do Mundo de RNA”, diz Gerald Joyce, um químico do Instituto de Pesquisa Scripps, em San Diego, Califórnia.

Em 1993, pesquisadores liderados por Jack Szostak na Universidade de Harvard criaram uma versão de enzima RNA-polimerase à base de RNA, que juntou dois pequenos pedaços de RNA em um filamento de RNA modelo. Desde então, a equipe de Szostak e outros têm continuado a melhorar suas copiadoras de RNA. Dois anos atrás, por exemplo, pesquisadores do Reino Unido isolaram uma ribozima tipo RNAP capaz de costurar RNAs de até 200 nucleotídeos de comprimento, ao combiná-los com uma cadeia molde.

O problema com todas estas ribozimas RNAP, é que elas são exigentes: Elas podem copiar apenas certas sequências de bases de nucleotídeos,

Então Joyce e seu assistente de pós-doutorado David Horning atacaram o problema com uma ribozima RNAP mais versátil, usando uma técnica conhecida como evolução in vitro:

  1. Começaram síntetizando uma grande biblioteca de cadeias de DNA destinados a codificar a ribozima RNAP.
  2. Então eles induziram mutações aleatoriamente às sequência de DNA originais , assegurando que cada um dos RNAPs finais seria diferente.
  3. Transferiram estas RNAPs para um frasco contendo pequenos trechos de RNA que queriam unir em uma cadeia modelo.

Se a ribozima criasse um novo RNA , então a nova cadeia iria sinalizar o sucesso da síntese através de uma ligação específica com um alvo no frasco.

E porque cada ribozima RNA foi projetada para permanecer amarrada a sua nova, cadeia de RNA sintetizada, esta permitiu que a equipe isolasse e selecionasse todos os sucessos.

  1. Cada ribozima RNA capturada foi então utilizada como ponto de partida para uma nova rodada de evolução.

Após 24 rodadas de evolução em tubo de ensaio, onde os cientistas sucessivamente elevaram os requisitos de sucesso para a ribozima RNAP, eles obtiveram um composto chamado de 24-3 polimerase.

Este artigo é um importante avanço do esforço contínuo em completar o modelo do “RNA como a primeira forma de vida na Terra”, diz Steven Benner, um químico da Fundação de Evolução Molecular Aplicada em Alachua, Florida. Mas o próprio Benner adverte que uma verdadeira confirmação do Mundo de RNA ainda não é essa.

Benner também observa que a estrutura enrolada do RNA copiador o impede de replicar a si mesmo, e que apesar de todas as ferramentas da moderna bioquímica, o trabalho de desenvolvimento do RNA copiador eficiente tomou 25 anos de pesquisas da comunidade, o que sugere que ainda falta algo importante nesse processo.

Joyce concorda e observa que, mesmo se um mundo de RNA precedeu a ascensão do DNA e das Proteínas, ele também pode ter sido precedido por formas anteriores de bioquímica. No entanto, Joyce acrescenta que ele e Horning estão se empenhando para melhorar a 24-3 Polimerase na esperança de fazer uma versão que pode copiar a si mesma. Se eles tiverem sucesso, Joyce diz que tal molécula pode então tornar-se a base para as primeiras células sintéticas, que utilizarão RNA como única molécula de informação genética.

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