Novas Descobertas sobre a Evolução das Células Eucarióticas

Por muito tempo, os cientistas ficaram curiosos sobre como surgiram as Células complexas, conhecidas como células eucarióticas. As células eucarióticas compõem plantas, animais, fungos e muitos microrganismos. Esse tipo de célula é considerado um grande passo na evolução da vida na Terra. No entanto, os detalhes exatos de como essas células evoluíram a partir de células mais simples, conhecidas como células procarióticas, ainda não são totalmente compreendidos.

Há cerca de dois bilhões de anos, as primeiras células eucarióticas apareceram. Acredita-se que elas surgiram através de uma parceria entre uma célula hospedeira relacionada a um grupo chamado arqueias e uma célula bacteriana que eventualmente se tornou as mitocôndrias, uma parte chave das células eucarióticas responsável pela produção de energia. Enquanto os cientistas identificaram o parceiro bacteriano como pertencente a um grupo chamado Alphaproteobacteria, os detalhes do hospedeiro arqueal eram confusos até descobertas recentes.

A descoberta recente das arqueias Asgard mudou tudo. Esses microrganismos são considerados os parentes mais próximos da célula hospedeira ancestral de onde os eucarióticos evoluíram. Estudando os genomas das arqueias Asgard, os pesquisadores encontraram muitas Proteínas que antes eram consideradas exclusivas das células eucarióticas. Essas proteínas são essenciais para formar as estruturas e funções complexas das células eucarióticas, incluindo aquelas responsáveis por transportar materiais dentro da célula e manter sua forma.

Embora algumas das conexões tenham sido feitas, as características específicas das arqueias Asgard atuais e sua relação com a célula eucariótica ancestral continuam sinistras. Entender esses aspectos pode ajudar os pesquisadores a fazer suposições informadas sobre como eram essas células iniciais e como funcionavam.

#Desafios na Identificação de Proteínas Chave

Os esforços para encontrar e examinar essas proteínas importantes são complicados por várias questões. Primeiro, definir quais proteínas podem ser rotuladas como Proteínas de Assinatura Eucarióticas (ESPs) provou ser difícil. Com a tecnologia melhorada que permite aos cientistas examinar genomas de várias formas de vida, os pesquisadores descobriram que muitas proteínas antes consideradas únicas aos eucarióticos na verdade têm origens procarióticas. Isso amplia a compreensão de onde muitas proteínas vêm, mas também reduz o número de proteínas que podem ser estritamente classificadas como eucarióticas.

Assim, uma abordagem mais flexível para definir as ESPs foi adotada, focando em proteínas envolvidas em processos biológicos-chave. No entanto, essa abordagem também tem seus desafios porque muitas proteínas eucarióticas não são bem entendidas, especialmente aquelas não encontradas em organismos modelo comuns como leveduras ou humanos.

Outro problema surge ao tentar determinar semelhanças entre proteínas. À medida que as semelhanças nas sequências de proteínas diminuem, fica mais difícil estabelecer conexões entre elas. A separação entre eucarióticos e seus parentes mais próximos, as arqueias, representa um dos caminhos evolutivos mais longos. Essa distância significa que as sequências das arqueias Asgard atuais e dos eucarióticos podem ser muito diferentes, dificultando a comparação, mesmo com métodos sensíveis.

No entanto, as estruturas das proteínas tendem a ser mais estáveis ao longo do tempo em comparação com suas sequências. Avanços recentes na previsão de estruturas de proteínas usando novas ferramentas tornaram possível criar modelos confiáveis para proteínas. Com esses modelos, os pesquisadores agora podem encontrar parentes distantes de proteínas examinando suas formas, em vez de apenas suas sequências.

#Analisando o Pangenoma Arqueal Asgard

Neste estudo, os pesquisadores usaram os avanços recentes na previsão de estruturas de proteínas para procurar novas ESPs nas arqueias Asgard. Ao examinar uma grande coleção de genomas das arqueias Asgard, eles agruparam as proteínas em clusters com base em suas semelhanças. Essa abordagem permitiu que eles identificassem muitas novas ESPs, aumentando significativamente o número de proteínas conhecidas que poderiam desempenhar papéis na evolução das células eucarióticas.

Ao analisar esse grande conjunto de dados, os pesquisadores descobriram milhares de novas proteínas com funções relacionadas a processos celulares, sinalização e armazenamento de informações. Isso sugere que o ancestral das células eucarióticas era mais Complexo do que se pensava.

Nas análises estruturais, os pesquisadores previram modelos de alta qualidade para um vasto número de proteínas e começaram a anotar essas proteínas identificando seus parentes em bancos de dados existentes. Esse método mostrou-se promissor, permitindo que encontrassem correspondências para uma porcentagem significativa das proteínas que estudaram. Muitas dessas correspondências demonstraram que mesmo quando as semelhanças nas sequências eram baixas, as semelhanças estruturais ainda poderiam revelar conexões entre proteínas de diferentes formas de vida.

#Novas Descobertas de ESPs Isomórficas

Através desse processo, os pesquisadores descobriram uma nova categoria de ESPs chamada ESPs isomórficas (iESPs). Essas são proteínas das arqueias Asgard que compartilham uma estrutura semelhante com proteínas eucarióticas, mas podem não ter necessariamente sequências parecidas. Essa descoberta aumenta significativamente o número de potenciais ESPs associados às primeiras formas de vida eucarióticas.

Curiosamente, muitas ESPs previamente identificadas mostraram um número limitado de conexões com proteínas eucarióticas. Isso significa que as definições usadas no passado podem ter sido muito amplas, ignorando muitos candidatos potenciais que estão mais intimamente relacionados às proteínas eucarióticas.

Ao explorar mais, os pesquisadores identificaram várias proteínas-chave envolvidas em processos celulares, sinalização e até funções metabólicas. Algumas proteínas recém-identificadas têm semelhanças com proteínas eucarióticas que desempenham papéis na reparação do DNA e respostas ao estresse. Essas descobertas implicam que as arqueias Asgard podem ter possuído várias funções celulares importantes que contribuíram para a evolução de células complexas.

#Implicações para Entender a Complexidade Celular

O surgimento de estruturas celulares complexas é uma característica distinta das células eucarióticas. No entanto, as origens de muitos genes envolvidos na criação dessas estruturas permanecem um mistério. Os pesquisadores estão agora tentando descobrir proteínas arqueais Asgard que podem desempenhar um papel na organização e compartimentalização celular, examinando iESPs que têm estruturas distintas, mas semelhanças de sequências limitadas.

Um complexo em particular que ganhou atenção é o vault, uma grande estrutura ribonucleoproteica encontrada em células eucarióticas que está envolvida em várias funções celulares. Os pesquisadores descobriram que as arqueias Asgard possuem proteínas que se assemelham ao principal componente estrutural do vault. Isso potencialmente sugere uma ligação evolutiva entre as proteínas arqueais Asgard e as funções do vault nas células eucarióticas.

Outra descoberta importante estava relacionada ao complexo proteico COMMD, que é necessário para transportar proteínas dentro das células. Mesmo que não houvesse relação procariótica clara para esse complexo, os pesquisadores encontraram estruturas nas arqueias Asgard que se assemelham muito às proteínas COMMD. Isso sugere ainda mais que algumas das proteínas envolvidas em tarefas celulares cruciais têm suas origens nas arqueias.

#Conclusão

Os avanços na previsão de estruturas de proteínas e nos métodos de análise estão se mostrando ferramentas poderosas para rastrear as origens e funções das proteínas. As descobertas desses estudos destacam como as arqueias Asgard podem conter insights chave sobre o desenvolvimento inicial de células complexas. Ao expandir a identificação de proteínas além de apenas comparações de sequências, os pesquisadores estão começando a pintar um quadro mais claro de como as células eucarióticas surgiram.

As descobertas de novas iESPs e seus potenciais papéis em funções biológicas importantes sublinham a complexidade da linhagem evolutiva inicial que levou aos eucarióticos modernos. Embora muitas perguntas permaneçam sobre os papéis específicos dessas proteínas, a pesquisa em andamento sobre as arqueias Asgard é promissora. Ela ajuda a iluminar a história e a evolução da vida na Terra, revelando uma rica tapeçaria de interações entre organismos antigos que abriram caminho para as formas de vida complexas que vemos hoje. À medida que mais estudos forem realizados, a compreensão de como a vida celular inicial se transformou nas diversas formas que conhecemos hoje continuará a evoluir.