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Os investigadores descobriram o mecanismo por trás de uma estratégia de alimentação marinha que poderia fornecer uma valiosa fonte renovável de biocombustível.
Sua pesquisa foi publicada como uma pré-impressão revisada em e-Vida, com a versão revisada aparecendo hoje. É descrito pelos editores como um estudo importante que fornece evidências convincentes de como a lesma do mar Aplysia kurodai optimiza a sua digestão de algas castanhas, numa clássica “corrida armamentista” entre predadores e presas a nível molecular. As descobertas dos autores são apoiadas por estruturas experimentais de proteínas e ensaios enzimáticos e são promissoras para aplicações biotecnológicas na produção de biocombustíveis.
Ao longo de milhões de anos, os predadores co-evoluíram com sucesso com as suas presas para manter um equilíbrio ecológico. Nos habitats marinhos, as interações entre algas e herbívoros marinhos dominam os ecossistemas marinhos, sendo a maioria das algas consumidas pelos herbívoros.
A estratégia alimentar da lesma marinha Aplysia kurodai tem chamado a atenção porque, ao se alimentar de algas marrons, converte um carboidrato chamado laminarina em glicose, que poderia ser usada como fonte renovável de combustível. No entanto, para se protegerem das lesmas do mar e de outros herbívoros, as algas castanhas produzem um metabolito secundário denominado florotanino, que bloqueia esta digestão, dificultando a potencial aplicação de algas castanhas como matéria-prima para biocombustíveis.
“A enzima responsável pela quebra da laminina na lesma do mar é chamada akuBGL e é bloqueada pelo florotanino. Para neutralizar essa adaptação antipredadora das algas marrons, os herbívoros produzem uma substância em seu sistema digestivo chamada EHEP, que protege dos florotaninos”, explica co. -primeiro autor Xiaomei Sun, pós-doutorado na Faculdade de Ciências Avançadas da Vida, Universidade de Hokkaido, Japão. “Embora esta estratégia de defesa-antidefesa seja conhecida, o mecanismo molecular detalhado subjacente a ela permanece obscuro.”
“Com o nosso estudo, procuramos compreender o mecanismo deste processo, para beneficiar a aplicação deste sistema de alimentação de algas marrons na indústria de biocombustíveis”, acrescenta o coautor Yuxin Ye, pós-doutorado na Faculdade de Ciências Avançadas da Vida da Universidade de Hokkaido. .
Como é um desafio isolar produtos químicos distintos dos florotaninos encontrados nas algas, os pesquisadores usaram um análogo chamado TNA para explorar sua interação com a enzima akuBGL e a proteína EHEP da lesma do mar. Eles usaram cristalografia de raios X e simulações de computador para determinar a estrutura do EHEP, com e sem TNA e akuBGL. Em seguida, eles usaram a estrutura akuBGL para construir modelos da enzima e simularam a ligação do substrato normal (carboidrato de laminarina) e do TNA. Ao explorar a interação do TNA e da enzima akuBGL com e sem EHEP, eles foram capazes de propor um mecanismo molecular de inibição do florotanino do akuBGL e de como o EHEP protege contra isso.
Na ausência de EHEP, o florotanino ocupa a bolsa de ligação ao substrato dentro do akuBGL, impedindo a ligação da laminarina e interrompendo a produção de glicose. Quando o EHEP está presente, ele se liga competitivamente ao florotanino, liberando a bolsa de ligação do akuBGL para que o metabolismo da glicose ocorra normalmente.
“Nosso estudo apresenta o mecanismo molecular da associação digestiva-defensiva-ofensiva entre as algas marrons e seu predador herbívoro, a lesma do mar”, conclui o autor sênior Min Yao, professor emérito da Faculdade de Ciências Avançadas da Vida da Universidade de Hokkaido. “Isso fornece uma base molecular para as aplicações de algas marrons na indústria de biocombustíveis.”
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