Urbana-Champaign — InkDesign News — Um estudo inovador conduzido na Universidade de Illinois Urbana-Champaign lança nova luz sobre a origem e evolução do código genético, com potencial para impactar áreas como engenharia genética e bioinformática. Publicado recentemente no Journal of Molecular Biology, o trabalho analisa mais de 4,3 bilhões de sequências de dipeptídeos, revelando conexões fundamentais entre proteínas, tRNAs e a própria lógica do código da vida.
O Contexto da Pesquisa
A origem do código genético – as instruções que ditam o funcionamento dos organismos – permanece um dos maiores enigmas da biologia evolutiva. O estudo, liderado por Gustavo Caetano-Anollés, foca em filogenômica, buscando desvendar como genes e proteínas se organizaram a partir do surgimento da vida há 3,8 bilhões de anos. Debates históricos incluem teorias sobre o papel do RNA versus proteínas primitivas na gênese do sistema de codificação.
“We find the origin of the genetic code mysteriously linked to the dipeptide composition of a proteome, the collective of proteins in an organism.”
(“Encontramos a origem do código genético misteriosamente ligada à composição de dipeptídeos de um proteoma, o coletivo de proteínas em um organismo.”)— Gustavo Caetano-Anollés, Professor, Universidade de Illinois Urbana-Champaign
A equipe do Departamento de Crop Sciences investigou a coevolução entre domínios proteicos, tRNAs e dipeptídeos, apontando para um arranjo simultâneo desses elementos na história evolutiva.
Resultados e Metodologia
Analisando um conjunto de dados de 1.561 proteomas de Archaea, Bactérias e Eucariotos, os cientistas construíram uma árvore filogenética da evolução dos dipeptídeos. As análises confirmaram que as linhagens evolutivas desses blocos de proteínas acompanhavam precisamente a ordem de entrada dos aminoácidos no código genético. O estudo trouxe evidências de congruência entre três tipos de dados: domínios proteicos, tRNAs e sequências de dipeptídeos, reforçando a robustez das conclusões.
Outro achado notável foi a dualidade dos pares de dipeptídeos. Cada dipeptídeo, como alanina-leucina (AL), se espelha em um “anti-dipeptídeo” de ordem inversa (leucina-alanina, LA), aparecendo em sincronia na linha do tempo evolutiva.
“We found something remarkable in the phylogenetic tree. Most dipeptide and anti-dipeptide pairs appeared very close to each other on the evolutionary timeline. This synchronicity was unanticipated. The duality reveals something fundamental about the genetic code with potentially transformative implications for biology.”
(“Encontramos algo notável na árvore filogenética. A maioria dos pares de dipeptídeos e anti-dipeptídeos surgiu muito próxima um do outro na linha do tempo evolutiva. Essa sincronia não era esperada. A dualidade revela algo fundamental sobre o código genético, com possíveis implicações transformadoras para a biologia.”)— Gustavo Caetano-Anollés, Professor, Universidade de Illinois Urbana-Champaign
Os resultados sugerem que dipeptídeos não surgiram ao acaso, mas como módulos estruturais críticos para o dobramento e função de proteínas primitivas.
Implicações e Próximos Passos
A descoberta aprofunda a compreensão sobre a origem da vida e pode orientar avanços em biologia sintética e engenharia genética. Enzimas chamadas aminoacil tRNA sintetases, descritas como “guardas do código genético”, surgiram durante este processo, garantindo a especificidade e a fidelidade do código.
Caetano-Anollés destaca que conhecer a evolução dos componentes biológicos é crucial para a engenharia do futuro:
“Synthetic biology is recognizing the value of an evolutionary perspective. It strengthens genetic engineering by letting nature guide the design. Understanding the antiquity of biological components and processes is important because it highlights their resilience and resistance to change. To make meaningful modifications, it is essential to understand the constraints and underlying logic of the genetic code.”
(“A biologia sintética está reconhecendo o valor de uma perspectiva evolutiva. Isso fortalece a engenharia genética ao permitir que a natureza guie o design. Compreender a antiguidade dos componentes e processos biológicos é importante porque destaca sua resiliência e resistência à mudança. Para realizar modificações significativas, é essencial entender as limitações e a lógica subjacente do código genético.”)— Gustavo Caetano-Anollés, Professor, Universidade de Illinois Urbana-Champaign
Pesquisas futuras deverão explorar como essa lógica primordial pode ser manipulada para desenvolver organismos sintéticos mais robustos e aplicações biomédicas inovadoras, respeitando as complexas restrições impostas pela evolução.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
