Cientistas criam molécula de RNA auto-replicante

Uma das mais importantes pesquisas em biopoese dos últimos anos, aqui, numa releitura da divulgação, mais detalhada em links e referências.

Uma versão dessa notícia, originalmente do DailyGalaxy:

Natasha Romanzoti. A origem da vida: pesquisadores criam molécula de RNA auto-replicante, 17.04.2011. - hypescience.com 

O começo da vida na Terra é um mistério que ainda não foi de todo solucionado. Como realmente surgiram os primeiros “blocos de construção de vida”, como os cientistas o chamam?

Pesquisadores criaram moléculas sintéticas, cópias de material genético, em laboratório. A enzima criada, tC19Z, pode ser uma versão artificial de uma das primeiras enzimas que existiu em nosso planeta há três bilhões de anos, e uma pista de como a própria vida começou.[Bentin] O objetivo da pesquisa é criar moléculas totalmente auto-replicadas de RNA em laboratório.

A teoria dominante de como a vida começou envolve o surgimento de um “auto-replicador”, uma molécula original de vida – um RNA – que pode fazer cópias de outros RNAs, incluindo ele mesmo. [Alberts] [Higgs] 

Conforme a evolução avançou, esta molécula auto-replicante deixou de existir, e a maioria dos organismos vivos da Terra passaram a usar o DNA para armazenar suas informações genéticas (com outras enzimas copiando a si mesmas). [Cojocaru & Unrau]

A teoria é chamada de “hipótese de mundo de RNA”, e sugere que a vida foi originalmente baseada não no DNA, mas em um produto químico relacionado chamado RNA, que pode transportar informação genética e se dobrar em três dimensões e formas, além de funcionar como uma enzima, o catalisador biológico que acelera determinadas reações químicas.

Como o espaço é cheio de açúcares que formam a ribose, a espinha dorsal do RNA, não há nenhuma razão para o sistema de DNA e RNA, que forma a vida na Terra, ser limitado a nossa biosfera. [Furukawa et al]  

Essa teoria dá a entender que o RNA é o que deu à estrutura primitiva celular o catalisador necessário para se tornar vida. Com um universo cheio de açúcar, não há nenhuma razão para que outros mundos (uma das 100 bilhões de galáxias estimadas no universo observável) não tenham evoluído vida com RNA à sua própria maneira original.

Os pesquisadores começaram a estudar uma enzima chamada R18, que pode fazer cópias de outras peças curtas de RNA, embora com erros. Para ampliar esse R18 inicial, o grupo criou 50 milhões de clones, cada um contendo mudanças genéticas aleatórias na sequência de RNA, para em seguida selecionar os com melhor capacidade de cópia de RNA. E, repetindo este processo várias vezes, eles geraram enzimas cada vez mais poderosas. [No DNA needed]

Até agora, a única cópia conhecida de RNA era a molécula R18, que só podia copiar segmentos de RNA de até 14 “letras”, e só funcionava em certas sequências.

Depois de selecionar todas as mutações benéficas que tinham se acumulado a partir dos experimentos, separar o que era útil e o que não era, e combinar tudo isso em uma única molécula, os pesquisadores criaram a enzima de RNA tC19Z, que funciona como uma auto-replicadora.

A tC19Z é confiável e pode copiar sequências de RNA de até 95 letras [NdE: bases], um aumento de sete vezes em relação a R18. Seu desempenho varia de acordo com a sequência que está copiando, mas é muito menos exigente do que a R18.

A tC19Z pode copiar pedaços de RNA que são quase metade do seu tamanho (48%). Para copiar a si mesma, tem que ser capaz de copiar sequências de seu próprio tamanho; e ela já está se aproximando desse objetivo.

A enzima também pode fazer cópias de uma outra enzima RNA, que funciona corretamente. Isso sugere que, uma vez que o primeiro RNA auto-replicante apareceu, ele foi capaz de “agregar equipamentos moleculares”, possibilitando a evolução de vidas mais complexas.

Referências

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002. The RNA World and the Origins of Life. Available from: www.ncbi.nlm.nih.gov 

Bentin T. (2011). A ribozyme transcribed by a ribozyme. Artificial DNA, PNA & XNA, 2(2), 40–42. doi.org

Cojocaru, Razvan; Unrau, Peter J. Origin of life: Transitioning to DNA genomes in an RNA world. DOI: 10.7554/eLife.32330 - elifesciences.org 

Furukawa Y, Chikaraishi Y, Ohkouchi N, Ogawa NO, Glavin DP, Dworkin JP, Abe C, Nakamura T. Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteorites. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019 Dec 3;116(49):24440-24445. doi: 10.1073/pnas.1907169116. Epub 2019 Nov 18. PMID: 31740594; PMCID: PMC6900709. - www.pnas.org - PubMed  

Higgs, P., Lehman, N. The RNA World: molecular cooperation at the origins of life. Nat Rev Genet 16, 7–17 (2015). - www.nature.com 

No DNA needed, RNA goes solo. Nature 472, 139 (2011). doi.org - Nature