Para Tom Santangelo, microorganismos unicelulares chamados archaea são como antigos marinheiros, sobrevivendo entre as condições mais extremas da Terra, incluindo aberturas vulcânicas no fundo do oceano.

O pesquisador da Colorado State University estuda como esses micróbios resistentes - que constituem um dos três domínios sobreviventes da vida - expressam seus genes, produzir sua energia, e prosperar no calor, ambientes sem luz.

Acontece que, não somos tão diferentes - bioquimicamente, de qualquer maneira - de archaea, afinal.

Santangelo, professor associado do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular, estava em uma equipe que encontrou paralelos surpreendentes entre como as células arqueadas e as células mais complexas, incluindo humanos 'e animais', embalar e armazenar seu material genético. O estudo inovador, publicado na Science no início deste ano, forneceram evidências de que as células arquea e eucarióticas compartilham um mecanismo comum para compactar, organizar e estruturar seus genomas.

O estudo foi liderado por Karolin Luger, agora um biólogo estrutural na Universidade do Colorado em Boulder. A maioria dos resultados relatados na Science foram concluídos enquanto Luger era um membro do corpo docente da CSU, de 1999 a 2015.

DNA, histonas, nucleossomos, cromatina

Uma pequena revisão de biologia do ensino médio:eucariotos são células com um núcleo e organelas ligadas à membrana, e eles incluem fungos, células vegetais e animais - incluindo células humanas. Eles são separados de suas contrapartes menos complexas, procariontes, pela ausência de um núcleo. Embora as archaea e as bactérias sejam procariontes, eles estão apenas remotamente relacionados. Archaea são os prováveis ​​progenitores de eucariotos e compartilham muitas das mesmas proteínas que controlam a expressão gênica.

Um dos processos mais fundamentais da vida - a mecânica pela qual o DNA se curva, se dobra e se amontoa em um núcleo celular - é comum em todos os eucariotos, de protistas microscópicos a plantas e humanos.

Empacotado dentro do núcleo de cada célula eucariótica, há vários metros de material genético que é compactado de uma maneira muito específica. Pequenas seções de DNA são embrulhadas, como linha em torno de um carretel, aproximadamente duas vezes em torno de oito pequenas proteínas chamadas histonas. Todo este complexo DNA-histona é chamado de nucleossomo, e uma cadeia de nucleossomos compactados é chamada de cromatina. Em 1997, Luger e colegas relataram pela primeira vez a estrutura exata dos nucleossomos eucarióticos por meio de cristalografia de raios-X.

Cristalografia 'nodosa'

O colaborador de um artigo científico, John Reeve, descobriu na década de 1990 que as proteínas histonas não se limitavam aos eucariotos, mas também foram encontrados em células de archaea sem núcleo. Reeves e Luger começaram uma colaboração para cristalizar a cromatina arquea à base de histonas e comparar essa estrutura com a cromatina eucariótica.

Depois de anos de paradas e recomeços e problemas para cultivar cristais de histona archaeal confiáveis ​​- Luger chamou isso de "problema cristalográfico nodoso" - os cientistas conseguiram resolver a estrutura da cromatina arquea, revelando sua semelhança estrutural com os eucariotos.

Estrutura 'biologicamente significativa'

Nos dados, o DNA arqueado parecia se formar por muito tempo, curvilíneo, repetindo superhelices. Os pesquisadores não tinham certeza se a estrutura era real, ou um artefato do experimento. É aí que a equipe de Santagelo na CSU forneceu expertise-chave.

"Meu grupo aceitou o desafio de determinar se a estrutura resolvida nos cristais representava uma estrutura biologicamente significativa, " ele disse.

A equipe de Santangelo fez variantes das histonas arqueadas e testou como as células se comportavam, como eles interromperam a superhélice do DNA. Eles descobriram que quanto mais desestabilizavam a estrutura, mais doentes as células ficavam. Seus esforços ressaltaram os méritos da estrutura que o grupo de Luger havia determinado.

Fazer parte de uma equipe que proporcionou uma visão tão fundamental quanto a ancestralidade de nossas células foi um dos momentos mais gratificantes da carreira de Santangelo.

“O maior impacto do jornal, Eu penso, é que a ideia de compactar o DNA nessas estruturas é uma ideia muito antiga - provavelmente com mais de 1 bilhão de anos, "Disse Santangelo." As proteínas histonas entraram em cena, e uma vez que eles entraram e começaram a empacotar genomas, em grande parte, eles se tornaram indispensáveis ​​para as células que os codificavam. "

Santangelo continuará realizando estudos sobre a estrutura, funções e transações de energia das arquéias - aqueles antigos marinheiros que agora representam definitivamente um protótipo ancestral da atividade celular humana.