A equipe de pesquisa do biólogo evolutivo Jay T. Lennon tem estudado uma célula mínima construída sinteticamente que foi despojada de tudo, exceto de seus genes essenciais. A equipe descobriu que a célula simplificada pode evoluir tão rápido quanto uma célula normal – demonstrando a capacidade de adaptação dos organismos, mesmo com um genoma não natural que aparentemente forneceria pouca flexibilidade.

Detalhes sobre o estudo podem ser encontrados em um artigo publicado na Nature . Roy Z. Moger-Reischer, Ph.D. estudante no laboratório Lennon na época do estudo, é o primeiro autor do artigo.

"Escute, se há uma coisa que a história da evolução nos ensinou é que a vida não pode ser contida. A vida se liberta. Ela se expande para novos territórios e rompe barreiras dolorosamente, talvez até perigosamente, mas... a vida encontra um caminho", disse Ian Malcolm, personagem de Jeff Goldblum em Jurassic Park, o filme de ficção científica de 1993 sobre um parque com dinossauros vivos.

Você não encontrará nenhum Velociraptor à espreita no laboratório evolutivo de Lennon; no entanto, Lennon, professor do Departamento de Biologia da Faculdade de Artes e Ciências da Indiana University Bloomington, e seus colegas descobriram que a vida realmente encontra um caminho.

"Parece que há algo na vida que é realmente robusto", diz Lennon. "Podemos simplificá-lo apenas ao essencial, mas isso não impede que a evolução funcione."

Para o estudo, a equipe de Lennon usou o organismo sintético Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B – uma versão minimizada da bactéria M. mycoides comumente encontrada no intestino de cabras e animais semelhantes. Ao longo de milênios, a bactéria parasita naturalmente perdeu muitos de seus genes à medida que evoluiu para depender de seu hospedeiro para nutrição.

Pesquisadores do Instituto J. Craig Venter, na Califórnia, deram um passo adiante. Em 2016, eles eliminaram 45% dos 901 genes do genoma natural do M. mycoides, reduzindo-o ao menor conjunto de genes necessário para a vida celular autônoma. Com 493 genes, o genoma mínimo de M. mycoides JCVI-syn3B é o menor de qualquer organismo de vida livre conhecido. Em comparação, muitos genomas de animais e plantas contêm mais de 20.000 genes.

Em princípio, o organismo mais simples não teria redundâncias funcionais e possuiria apenas o número mínimo de genes essenciais para a vida. Qualquer mutação em tal organismo poderia interromper letalmente uma ou mais funções celulares, impondo restrições à evolução. Organismos com genomas simplificados têm menos alvos sobre os quais a seleção positiva pode atuar, limitando assim as oportunidades de adaptação.

Embora M. mycoides JCVI-syn3B pudesse crescer e se dividir em condições de laboratório, Lennon e seus colegas queriam saber como uma célula mínima responderia às forças da evolução ao longo do tempo, particularmente devido às matérias-primas limitadas sobre as quais a seleção natural poderia operar, bem como a entrada não caracterizada de novas mutações.

"Cada gene em seu genoma é essencial", diz Lennon em referência ao M. mycoides JCVI-syn3B. “Pode-se supor que não há espaço de manobra para mutações, o que poderia restringir seu potencial de evolução”.

Os pesquisadores estabeleceram que M. mycoides JCVI-syn3B, de fato, tem uma taxa de mutação excepcionalmente alta. Eles então o cultivaram no laboratório, onde foi permitido evoluir livremente por 300 dias, o equivalente a 2.000 gerações bacterianas ou cerca de 40.000 anos de evolução humana.

O próximo passo foi estabelecer experimentos para determinar como as células mínimas que evoluíram por 300 dias se comportaram em comparação com o M. mycoides original não mínimo, bem como com uma cepa de células mínimas que não evoluíram por 300 dias . Nos testes de comparação, os pesquisadores colocaram quantidades iguais das cepas avaliadas juntas em um tubo de ensaio. A cepa mais adequada ao seu ambiente tornou-se a cepa mais comum.

Eles descobriram que a versão não mínima da bactéria superou facilmente a versão mínima não evoluída. A bactéria mínima que evoluiu por 300 dias, no entanto, se saiu muito melhor, recuperando efetivamente toda a aptidão que havia perdido devido à simplificação do genoma . Os pesquisadores identificaram os genes que mais mudaram durante a evolução. Alguns desses genes estiveram envolvidos na construção da superfície da célula, enquanto as funções de vários outros permanecem desconhecidas.

Compreender como os organismos com genomas simplificados superam os desafios evolucionários tem implicações importantes para problemas de longa data na biologia – incluindo o tratamento de patógenos clínicos, a persistência de endossimbiontes associados ao hospedeiro, o refinamento de microrganismos modificados e a origem da própria vida.

A pesquisa feita por Lennon e sua equipe demonstra o poder da seleção natural para otimizar rapidamente a aptidão no organismo autônomo mais simples, com implicações para a evolução da complexidade celular. Em outras palavras, mostra que a vida encontra um caminho.