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As origens da vida continuam sendo um grande mistério. Como moléculas complexas foram capazes de se formar e permanecer intactas por períodos prolongados sem se desintegrar? Uma equipe da ORIGINS, um Cluster of Excellence sediado em Munique, demonstrou um mecanismo que poderia ter permitido que as primeiras moléculas de RNA se estabilizassem na sopa primordial. Quando duas fitas de RNA se combinam, sua estabilidade e vida útil aumentam significativamente.
Com toda a probabilidade, a vida na Terra começou na água, talvez em uma poça de maré que era cortada da água do mar na maré baixa, mas inundada por ondas na maré alta. Ao longo de bilhões de anos, moléculas complexas como DNA, RNA e proteínas se formaram nesse cenário antes, finalmente, das primeiras células emergirem. Até o momento, no entanto, ninguém conseguiu explicar exatamente como isso aconteceu.
“Sabemos quais moléculas existiam na Terra primitiva”, diz Job Boekhoven, professor de Química Supramolecular na Universidade Técnica de Munique (TUM). “A questão é: podemos usar isso para replicar as origens da vida no laboratório?” A equipe liderada por Boekhoven no ORIGINS Cluster of Excellence está interessada principalmente em RNA. “O RNA é uma molécula fascinante”, diz Boekhoven. “Ele pode armazenar informações e também catalisar reações bioquímicas.” Os cientistas, portanto, acreditam que o RNA deve ter sido a primeira de todas as moléculas complexas a se formar.
O problema, no entanto, é que as moléculas de RNA ativas são compostas de centenas ou mesmo milhares de bases e são muito instáveis. Quando imersas em água, as fitas de RNA rapidamente se quebram em suas partes constituintes — um processo conhecido como hidrólise. Então, como o RNA poderia ter sobrevivido na sopa primordial?
Como se formaram as fitas duplas na sopa primordial?
Em testes de laboratório, os pesquisadores da TUM e da LMU usaram um sistema modelo de bases de RNA que se juntam mais facilmente do que bases naturais em nossas células hoje. “Não tínhamos milhões de anos disponíveis e queríamos uma resposta rapidamente”, explica Boekhoven. A equipe adicionou essas bases de RNA de união rápida em uma solução aquosa, forneceu uma fonte de energia e examinou o comprimento das moléculas de RNA que se formaram. Suas descobertas foram preocupantes, pois os fios resultantes de até cinco pares de bases sobreviveram apenas por uma questão de minutos.
Os resultados foram diferentes, no entanto, quando os pesquisadores começaram adicionando fitas curtas de RNA pré-formado. As bases complementares livres rapidamente se juntaram a esse RNA em um processo chamado hibridização. Fitas duplas de três a cinco pares de bases de comprimento se formaram e permaneceram estáveis por várias horas. “A parte emocionante é que as fitas duplas levam ao dobramento do RNA, o que pode tornar o RNA cataliticamente ativo”, explica Boekhoven. O RNA fita dupla, portanto, tem duas vantagens: tem uma vida útil estendida na sopa primordial e serve como base para o RNA cataliticamente ativo.
Mas como uma fita dupla poderia ter se formado na sopa primordial? “Estamos atualmente explorando se é possível para os RNAs formarem sua própria fita complementar”, diz Boekhoven. É concebível que uma molécula compreendendo três bases se junte a uma molécula compreendendo três bases complementares — cujo produto seria uma fita dupla estável. Graças à sua vida útil prolongada, outras bases poderiam se juntar a ela e a fita cresceria.
Vantagem evolutiva para protocélulas
Outra característica do RNA fita dupla pode ter ajudado a dar origem à vida. Primeiramente, é importante notar que as moléculas de RNA também podem formar protocélulas. Essas são pequenas gotículas com um interior totalmente separado do mundo externo. No entanto, essas protocélulas não têm uma membrana celular estável e, portanto, se fundem facilmente com outras protocélulas, o que faz com que seus conteúdos se misturem. Isso não é propício à evolução porque impede que protocélulas individuais desenvolvam uma identidade única. No entanto, se as bordas dessas protocélulas forem compostas de DNA fita dupla, as células se tornam mais estáveis e a fusão é inibida.
Insights também aplicáveis à medicina
No futuro, Job Boekhoven espera melhorar ainda mais a compreensão da formação e estabilização das primeiras moléculas de RNA. “Algumas pessoas consideram essa pesquisa como uma espécie de hobby. Durante a pandemia de Covid-19, porém, todos viram o quão importantes as moléculas de RNA podem ser, inclusive para vacinas”, diz Boekhoven. “Então, embora nossa pesquisa esteja se esforçando para responder a uma das perguntas mais antigas da ciência, isso não é tudo: também estamos gerando conhecimento sobre RNA que pode beneficiar muitas pessoas hoje.”
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