As protea­nas são o componente chave em todas as formas de vida modernas. A hemoglobina, por exemplo, transporta o oxigaªnio em nosso sangue; as protea­nas de fotossa­ntese nas folhas das plantas convertem a luz solar em energia; e as enzimas fúngicas nos ajudam a preparar cerveja e assar pa£o. Os pesquisadores hámuito examinam a questãode como as protea­nas sofrem mutação ou passam a existir no decorrer de milaªnios. Que protea­nas completamente novas - e, com elas, novas propriedades - possam surgir praticamente do nada, era inconceba­vel por décadas, em linha com o que dizia o fila³sofo grego Parmaªnides: "Nada pode surgir do nada" (ex nihilo nihil fit). Trabalhando com colegas dos Estados Unidos e da Austra¡lia, pesquisadores da Universidade de Ma¼nster (Alemanha) reconstrua­ram agora como a evolução forma a estrutura e função de uma protea­na recanãm-surgida nas moscas. Esta protea­na éessencial para a fertilidade masculina. Os resultados foram publicados na revistaNature Communications .

Atéagora, presumia-se que novas protea­nas emergiam de protea­nas já existentes - por uma duplicação dos genes subjacentes e por uma sanãrie de pequenas mutações em uma ou em ambas as ca³pias dos genes. Nos últimos dez anos, no entanto, uma nova compreensão da protea­naa evolução surgiu: as protea­nas também podem se desenvolver a partir do chamado DNA não codificador (a¡cido desoxirribonuclanãico) - em outras palavras, daquela parte do material genanãtico que normalmente não produz protea­nas - e podem subsequentemente se desenvolver em componentes celulares funcionais. Isso ésurpreendente por vários motivos: por muitos anos, presumiu-se que, para serem funcionais, as protea­nas deveriam assumir uma forma geomanãtrica altamente desenvolvida (uma estrutura 3D). Foi ainda assumido que tal forma não poderia se desenvolver a partir de um gene emergindo ao acaso, mas exigiria uma combinação complexa de aminoa¡cidos permitindo que essa protea­na existisse em sua forma funcional.

Apesar de décadas de tentativas, pesquisadores em todo o mundo ainda não conseguiram construir protea­nas com as estruturas e funções 3D desejadas, o que significa que o "ca³digo" para a formação de uma protea­na funcional éessencialmente desconhecido. Embora essa tarefa permanea§a um enigma para os cientistas, a natureza provou ser mais ha¡bil na formação de novas protea­nas. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. Erich Bornberg-Bauer, do Instituto de Evolução e Biodiversidade da Universidade de Ma¼nster, descobriu, comparando os genomas recentemente analisados ​​em vários organismos, que as espanãcies não diferem apenas por genes codificadores de protea­nas duplicados adaptados no curso da evolução. Além disso, as protea­nas estãoconstantemente sendo formadas de novo (de novo) - isto anã, sem nenhuma protea­na precursora relacionada passando por um processo de seleção.

A grande maioria dessas protea­nas de novo são inaºteis, ou mesmo ligeiramente deletanãrias, pois podem interferir nas protea­nas existentes na canãlula. Essas novas protea­nas são rapidamente perdidas novamente após várias gerações, pois os organismos que carregam o novo gene que codifica a protea­na tem sua sobrevivaªncia ou reprodução prejudicada. No entanto, algumas protea­nas selecionadas de novo provaram ter funções benanãficas. Essas protea­nas se integram aos componentes moleculares das células e, eventualmente, após milhões de anos de pequenas modificações, tornam-se indispensa¡veis. Existem algumas questões importantes sobre as quais muitos pesquisadores se perguntam neste contexto: Como essas novas protea­nas se parecem ao nascer? Como eles mudam e quais funções eles assumem como os 'novos garotos do bairro'? Liderado pelo grupo do Prof. Bornberg-Bauer em Ma¼nster,

 

A pesquisa prosseguiu em três frentes relacionadas em três continentes. No College of the Holy Cross em Massachusetts, EUA, o Dr. Prajal Patel e o Prof. Geoff Findlay usaram a edição do genoma CRISPR / Cas9 para mostrar que as moscas machos que não produzem Goddard são estanãreis, mas sauda¡veis. Enquanto isso, Dr. Andreas Lange e Ph.D. O aluno Brennen Heames, do grupo do Prof. Bornberg-Bauer, usou técnicas bioquímicas para prever a forma da nova protea­na nas moscas atuais. Eles então usaram manãtodos evolutivos para reconstruir a estrutura prova¡vel de Goddard ~ 50 milhões de anos atrás, quando a protea­na surgiu pela primeira vez. O que eles descobriram foi uma grande surpresa: "A protea­na ancestral Goddard já se parecia muito com as que existem nas espanãcies de mosca hoje", explica Erich Bornberg-Bauer. "Desde o ina­cio, Colin Jackson usou simulações computacionais intensivas para verificar a forma prevista da protea­na Goddard. Eles validaram a análise estrutural do Dr. Lange e mostraram que Goddard, apesar de sua tenra idade, já ébastante esta¡vel - embora não tão esta¡vel quanto a maioria das protea­nas de mosca que se acredita terem existido por mais tempo, talvez centenas de milhões de anos . Colin Jackson usou simulações computacionais intensivas para verificar a forma prevista da protea­na Goddard. Eles validaram a análise estrutural do Dr. Lange e mostraram que Goddard, apesar de sua tenra idade, já ébastante esta¡vel - embora não tão esta¡vel quanto a maioria das protea­nas de mosca que se acredita terem existido por mais tempo, talvez centenas de milhões de anos .

Os resultados correspondem a vários outros estudos atuais, que mostraram que os elementos gena´micos dos quais os genes codificadores de protea­nas emergem são ativados com frequência - dezenas de milhares de vezes em cada indiva­duo. Esses fragmentos são então classificados atravanãs do processo de seleção evolutiva. Os que são inaºteis ou prejudiciais - a grande maioria - são rapidamente descartados. Mas aqueles que são neutros, ou ligeiramente benéficos, podem ser otimizados ao longo de milhões de anos e transformados em algo útil.