Como saber como era a vida na Terra há mais de três bilhões de anos, quando as rochas dessa época são tão raras e de difícil acesso? Para responder a essa pergunta, pesquisadores adotaram um método original ao dar nova vida a uma enzima ancestral. Essa abordagem abre uma nova janela para nosso passado distante e para a busca por vida além de nosso planeta.
Uma equipe da Universidade de Wisconsin-Madison usou biologia sintética para reconstruir uma versão provável de uma enzima com 3,2 bilhões de anos. A partir de enzimas modernas, eles retrocederam no tempo molecular para reconstruir um ADN antigo, inseri-lo em micróbios atuais, que subsequentemente produziram a enzima ancestral.
Betül Kaçar, professora de bacteriologia, segura uma placa de Petri contendo micróbios fixadores de nitrogênio. Ela é uma pioneira em paleobiologia molecular.
Crédito: Jeff Miller/UW-Madison A enzima em questão, a nitrogenase, desempenha um papel fundamental para a vida. Segundo os cientistas, sem ela, as formas de vida que conhecemos provavelmente não existiriam. Ela transforma o nitrogênio da atmosfera em compostos utilizáveis pelas células, permitindo a formação de ADN e proteínas. Essa função era igualmente vital há bilhões de anos, quando a Terra era muito diferente, com uma atmosfera rica em dióxido de carbono e metano.
As enzimas não se fossilizam, mas sua atividade pode deixar impressões químicas em rochas antigas. Para a nitrogenase, o processo de fixação de nitrogênio gera padrões isotópicos distintos. Os geólogos usam essas assinaturas para detectar sinais de vida passada. No entanto, uma questão persistia: essas assinaturas eram as mesmas há bilhões de anos como são hoje? O estudo recente traz uma resposta.
Os testes realizados na enzima antiga reconstruída mostraram que sua assinatura isotópica permanece idêntica à das versões modernas, apesar de mudanças em sua sequência de ADN. Essa estabilidade inesperada significa que os traços químicos encontrados nas rochas terrestres são confiáveis para identificar a atividade da nitrogenase no passado. Consequentemente, isso reforça a confiança na interpretação dos registros geológicos.
Esse trabalho tem ressonâncias para a busca por vida extraterrestre. A equipe faz parte do consórcio MUSE, apoiado pela NASA, que visa melhorar missões espaciais por meio de uma melhor compreensão da evolução microbiana. Ao confirmar que os isótopos ligados à nitrogenase são uma bioassinatura confiável na Terra, eles oferecem uma estrutura para avaliar sinais similares em outros planetas.
Os resultados, publicados na
Nature Communications, abrem caminho para novas explorações, tanto em nosso planeta quanto no cosmos.
A biologia sintética: uma máquina do tempo molecular
A biologia sintética é uma disciplina que combina engenharia e biologia para projetar ou modificar sistemas biológicos. Neste estudo, ela permite reconstruir enzimas antigas a partir de versões modernas. Os pesquisadores analisam as sequências de ADN atuais para deduzir as formas prováveis do passado, como se traçasse a evolução de uma língua.
Essa reconstrução é realizada em laboratório por meio de técnicas de engenharia genética. Os cientistas sintetizam o ADN correspondente à enzima antiga e, em seguida, o introduzem em micróbios vivos. Estes últimos produzem então a enzima, o que permite estudar suas propriedades e funcionamento em um ambiente controlado.
Essa abordagem oferece uma grande vantagem: permite testar diretamente hipóteses sobre o passado, sem depender apenas de fósseis ou rochas fragmentárias. Ao observar como essas enzimas interagem com seu ambiente, podemos entender melhor as condições da Terra primitiva e a evolução dos mecanismos biológicos.
Fonte: Nature Communications