Fig. 1:A relação entre o ciclo do TCA e o piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, oxoglutarato, e succinil-CoA é mostrado. Crédito:Universidade de Hokkaido
A pesquisa multi-ômica em Thermosulfidibacter (isolada de um campo hidrotérmico no Vale do Sul de Okinawa) permitiu a descoberta da forma possivelmente mais primordial do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA).
O ciclo do TCA é um mecanismo metabólico essencial para a maioria dos organismos. Ela remonta ao aparecimento do último ancestral comum na Terra e é considerada "uma das primeiras linhas do metabolismo" desde o início da evolução química (Fig. 1). Embora o ciclo do TCA possa existir em várias formas, existem vários argumentos a respeito de sua composição primordial na época em que a vida começou na terra.
O grupo de pesquisa descobriu que a bactéria termofílica Thermosulfidibacter takaii (Fig. 2, doravante referido como "Thermosulfidibacter") localizado em uma posição basal da bactéria tem um novo ciclo de TCA, possivelmente a forma mais primitiva já conhecida. Análises multi-omics, incluindo um novo método em metabolômica, revelaram que Thermosulfidibacter tem um ciclo reversível de TCA, que pode mudar de forma flexível a direção da reação, dependendo das fontes de carbono disponíveis, independentemente de estar sob condições autotróficas ou mixotróficas (Fig. 3). Até a data, nenhum outro organismo foi encontrado para exibir as funções de fixação de carbono (autotrofia) e descarboxilação (heterotrofia) no ciclo do TCA, usando o mesmo conjunto de enzimas. Entre os ciclos do TCA, aquele observado em Thermosulfidibacter é "exótico" devido à sua capacidade de reverter convenientemente a direção da reação em resposta a condições ambientais de flutuação dinâmica, e acredita-se que exiba características da forma mais basal do ciclo do TCA.
Fig. 2:Uma célula Thermosulfidibacter takaii. Crédito:Universidade de Hokkaido
Embora a questão perpétua, de se as formas iniciais de vida eram autotróficas ou heterotróficas, continua a ser respondido (Fig. 4), as características do ciclo primordial do TCA reveladas neste estudo sugerem fortemente a possibilidade do nascimento de vida mixotrófica que poderia variar seu metabolismo de forma flexível de acordo com a abundância de carbonos orgânicos e inorgânicos disponíveis na Terra primordial.
Os resultados foram publicados em Ciência em 2 de fevereiro, 2018.
Fig. 3. Representação esquemática da operação do ciclo (r) TCA de T. takaii sob as condições de crescimento quimiolitatotrófico e quimiolitomixotrófico com base na análise isotopóloga de aminoácidos derivados de proteínas usando substratos marcados com 13C. As células foram cultivadas quimiolitoautotroficamente (A). Células cultivadas quimiolitomixotroficamente com succinato (B), acetato (C), e succinato e acetato (D) na presença de extrato de levedura. Os círculos indicam átomos de carbono no composto (o número da posição é lido da esquerda para a direita). A clivagem de citrato independente de ATP foi observada em células cultivadas quimiolitoautotroficamente e quimiolitomixotroficamente com succinato. As linhas vermelhas pontilhadas indicam vias confirmadas por análises de transcriptoma e proteoma, mas não confirmadas pela análise de isotopômero. As linhas pontilhadas azuis indicam caminhos confirmados pelas análises de transcriptoma e proteoma, mas teoricamente não podem ser identificados pelos padrões de isotopômero. Crédito:Universidade de Hokkaido
Fig. 5:Várias formas do ciclo de TCA conhecido e do ciclo de TCA reversível (detectado em Thermosulfidibacter) são representadas. Crédito:Universidade de Hokkaido
