Cientistas dão grande passo para recriar RNA primordial de 4 bilhões de anos

“Esta é provavelmente a primeira vez que algumas dessas moléculas complexas de RNA são sintetizadas com uma ribozima (enzima especial do RNA) desde o último RNA primitivo produzido quatro bilhões de anos atrás”, disse Gerald F. Joyce, o autor sênior do estudo e professor do TSRI.

Os resultados do estudo, publicados na Academia Nacional de Ciências, mostram que os cientistas conseguiram criar uma ribozima primitiva que basicamente pode servir para amplificar a informação genética e gerar moléculas funcionais.

A nova ribozima pode replicar comprimentos curtos de RNA de forma eficiente e realizar a transcrição de RNAs, produzindo moléculas de RNA funcionais com estruturas complexas – chegando perto do que os cientistas imaginam ter sido um replicador de RNA primitivo que poderia ter suportado a vida antes da biologia moderna – o chamado “RNA world”.

No novo estudo, foram usadas técnicas de evolução de proveta para enfrentar o desafio de décadas de criar uma enzima que poderia replicar e transcrever o RNA. A equipe começou com uma enzima que tinha sido desenvolvida e aperfeiçoada por outros pesquisadores desde o início da década de 1990. A classe I da ribozima RNA polimerase, tal como tem vindo a ser conhecida, pode executar a tarefa de base da síntese de RNA. Porém, as formas anteriores de ribozima eram muito limitadas nas sequências de RNA que podiam suportar, e não podiam transcrever RNAs de complexidade moderada. Devido a estas limitações, Horning e Joyce basearam-se em vários melhoramentos descritos em pesquisas anteriores e adicionaram mutações aleatórias para criar uma população de cerca de 100 trilhões de variantes distintas da molécula. Imitando o processo evolutivo da seleção natural, eles montaram um sistema para isolar apenas as ribozimas variantes que podem sintetizar – a partir dos respectivos modelos de RNA – duas moléculas de RNA diferentes e desafiadoras, que têm sequências mistas e estruturas complexas, e que possam se ligar fortemente a moléculas-alvo específicas.

“A seleção baseou-se na capacidade destes RNA sintetizados se ligarem aos seus alvos”, disse Horning. “Para ser capaz de fazer estes RNAs funcionais, a ribozima eficaz teve de evoluir para ficar versátil em termos da sequência e estrutura do RNA que pode manipular.”

O melhor desempenho depois de vinte rodadas de seleção foi a polimerase chamada de ribozima 24-3, que mostrou-se capaz de sintetizar não só os dois RNAs de ligação específicos, mas também várias outras moléculas de RNA estruturalmente complexas que existem na natureza – como remanescentes funcionais do “RNA world”.

“Nós descobrimos que a nova ribozima pode lidar com a maioria das sequências e com as estruturas mais complexas, produzindo uma variedade de moléculas de RNA funcionais”, disse Joyce.

Com relação às sequências de RNA limitadas que a classe I da ribozima RNA polimerase original poderia sintetizar, a ribozima 24-3 provou ser capaz de sintetizá-las cerca de 100 vezes mais rápido.

Virando-se para a muito mais difícil tarefa de replicação, os pesquisadores descobriram que a ribozima 24-3 poderia copiar RNAs de até duas dezenas de nucleotídeos, alcançando o que os biólogos chamam de “replicação exponencial” e criando até 40.000 cópias de um RNA alvo dentro de 24 horas.

Para gerar e sustentar um verdadeiro “RNA world”, a nova ribozima terá de ser melhorada para permitir a replicação de moléculas de RNA mais longas e mais complexas – crucialmente incluindo a própria ribozima polimerase. O laboratório de Joyce tem vindo a conduzir a sua ribozima na direção desse objetivo com novas experiências de evolução de proveta.

“A ribozima polimerase que atingir a amplificação exponencial de si vai cumprir os critérios para estar viva”, disse Joyce. “Isso é o ápice, que agora está à vista.”

Fonte: O post acima é reproduzido a partir de materiais fornecidos pelo Instituto de Pesquisa Scripps. Nota: O conteúdo pode ser editado no estilo da escrita e comprimento.