Experimento em laboratório observa RNA e aminoácidos se ligando via tioéster, unindo a hipótese do mundo de RNA e a hipótese do mundo dos tioésteres

A união espontânea de moléculas que, há cerca de 4 bilhões de anos, teria aberto caminho para a vida na Terra primordial pode, enfim, ter sido observada em laboratório.

Ao recriar condições plausíveis do planeta recém-formado, químicos conseguiram conectar RNA e aminoácidos - um passo inicial crucial que, muito mais tarde, permitiria a multiplicação dos organismos vivos que hoje se espalham pelo mundo.

Esse resultado experimental pode ajudar a esclarecer a origem de uma das relações biológicas mais centrais: a ligação entre ácidos nucleicos e proteínas.

O que os químicos conseguiram reproduzir no laboratório

"A vida hoje usa uma máquina molecular imensamente complexa, o ribossomo, para sintetizar proteínas. Essa máquina exige instruções químicas escritas no RNA mensageiro, que leva a sequência de um gene do DNA de uma célula até o ribossomo. O ribossomo então, como uma linha de montagem de fábrica, lê esse RNA e conecta aminoácidos, um a um, para criar uma proteína", explica o químico Matthew Powner.

"Nós alcançamos a primeira parte desse processo complexo, usando uma química muito simples em água, em pH neutro, para ligar aminoácidos ao RNA. A química é espontânea, seletiva e poderia ter ocorrido na Terra primitiva."

Embora seja claro que a vida emergiu do lodo primordial da Terra - afinal, estamos aqui - os cientistas ainda não têm a mesma certeza sobre como isso aconteceu.

Por que RNA e proteínas precisam se encontrar

Uma linha de pesquisa que vem ganhando força aposta no RNA como um ácido nucleico capaz de se autorreplicar e que, por também conseguir realizar “trabalho” mecânico, pode catalisar outras reações químicas. Essa ideia é conhecida como a hipótese do mundo de RNA.

Proteínas, por si só, não conseguem se autorreplicar; as instruções que determinam a sequência exata de aminoácidos ficam codificadas em sequências de ácidos nucleicos, como o RNA.

Assim, apesar de as proteínas serem indispensáveis em inúmeros processos biológicos, são as moléculas de ácido nucleico que fornecem o molde essencial para que elas sejam produzidas. Ainda assim, para que a biologia começasse, esses dois componentes moleculares precisariam ter encontrado um modo de se conectar nas condições úmidas e quentes do início da Terra.

"A vida depende da capacidade de sintetizar proteínas - elas são as principais moléculas funcionais da vida. Entender a origem da síntese de proteínas é fundamental para entender de onde a vida veio", diz Powner.

"Nosso estudo é um grande passo nessa direção, ao mostrar como o RNA pode ter começado a controlar a síntese de proteínas."

Tioéster como mediador: a ponte entre as hipóteses do mundo de RNA e do mundo dos tioésteres

Já houve muitas tentativas de reproduzir a coalescência natural entre aminoácidos e RNA. Para isso, é necessário um mediador de alta energia; e trabalhos anteriores indicaram que algumas moléculas extremamente reativas não servem bem a esse propósito, porque tendem a se degradar na água. Com isso, os aminoácidos acabam reagindo entre si, em vez de reagirem com o RNA.

Liderada pela química Jyoti Singh, a equipe se inspirou na própria biologia para escolher o mediador. Em vez das opções testadas anteriormente, eles usaram um tioéster - um composto reativo e de alta energia composto por carbono, oxigênio, hidrogênio e enxofre, quatro dos seis elementos que se acredita serem vitais para a vida.

Sabe-se que tioésteres exercem um papel intermediário importante em alguns processos biológicos e há a hipótese de que eles eram abundantes na “sopa orgânica primordial”. Para alguns cientistas, a expansão desses compostos teria ocorrido antes mesmo do mundo de RNA, numa proposta conhecida como a hipótese do mundo dos tioésteres.

Dentro dessa sopa orgânica simulada, os pesquisadores observaram que o tioéster forneceu a energia externa necessária para permitir que o aminoácido se ligasse ao RNA - um avanço relevante que, de forma elegante, aproxima as duas hipóteses.

"Nosso estudo une duas teorias proeminentes sobre a origem da vida - o 'mundo de RNA', em que se propõe que o RNA autorreplicante é fundamental, e o 'mundo dos tioésteres', no qual os tioésteres são vistos como a fonte de energia para as primeiras formas de vida", afirma Powner.

O que ainda falta esclarecer

Ainda estamos longe de ter uma explicação detalhada e abrangente para a origem da vida. O novo trabalho indica que é viável que esses componentes se juntem quando há um mediador de alta energia; o próximo passo é investigar se o RNA vai se ligar preferencialmente a aminoácidos específicos que favoreceriam o surgimento do código genético.

"Imagine o dia em que químicos possam pegar moléculas simples e pequenas, feitas de átomos de carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e enxofre e, a partir dessas peças de Lego, formar moléculas capazes de se autorreplicar. Isso seria um passo monumental para resolver a questão da origem da vida", diz Singh.

"Nosso estudo nos aproxima desse objetivo ao demonstrar como duas peças químicas primitivas de Lego (aminoácidos ativados e RNA) poderiam ter construído peptídeos, cadeias curtas de aminoácidos que são essenciais para a vida."

A pesquisa foi publicada na revista Nature.