Micróbios antigos que prosperam em alguns dos ambientes mais extremos do mundo e os humanos modernos têm mais em comum do que aparenta, a saber, ambos respiram e conservam energia usando um mecanismo molecular semelhante, aquele que se adaptou às mudanças nas condições ambientais ao longo de bilhões de anos.

As evidências, publicado hoje em Célula por cientistas do Van Andel Research Institute (VARI), University of Georgia (UGA) e Washington State University, detalhar a estrutura do MBH, um complexo molecular envolvido na respiração microbiana. As imagens de resolução quase atômica são as primeiras de MBH e mostram que sua estrutura é notavelmente semelhante à sua contraparte em humanos, Complexo I.

"A natureza é realmente boa em encontrar moléculas que funcionem e, em seguida, modificá-las e usá-las continuamente. Este é um excelente exemplo, "disse Michael W.W. Adams, Ph.D., um Distinguished Research UGA e Georgia Power Professor que tem estudado MBH por 20 anos. "Conhecer a estrutura do MBH nos fornece novos insights sobre como o Complex I evoluiu e como ele pode funcionar."

Quase toda a vida na Terra depende da respiração, que converte energia elétrica em algo utilizável, forma química. MBH e Complexo I são partes importantes desse processo; Contudo, até agora, a conexão evolutiva entre eles não era clara. A estrutura do MBH também ilustra um mecanismo de transdução de energia elétrica em energia química que é mais simples do que no Complexo I.

"A determinação da estrutura do MBH preenche algumas peças importantes que faltam que revelam como a vida se ajustou às mudanças radicais no meio ambiente ao longo dos milênios, "disse Huilin Li, Ph.D., professor do Centro de Epigenética da VARI e co-autor sênior do estudo. "Isso resolve um ponto fundamental, mistério de longa data em biologia. "

MBH é considerado um sistema respiratório antigo porque foi isolado de Pyrococcus furiosus , um micróbio que se desenvolve melhor em água fervente e que, por bilhões de anos, viveu em aberturas marinhas vulcânicas. Este ambiente inóspito, com sua mistura nociva de gases e temperaturas extremas, é semelhante às condições atmosféricas presentes em um muito mais jovem, planeta muito mais volátil.

Embora muitos aspectos dos dois complexos sejam semelhantes, O Complexo I possui vários loops extras que permitem que ele interaja com mais moléculas do que o MBH, uma adaptação que provavelmente surgiu junto com uma mudança na composição atmosférica da Terra.

"É incrível ver esses dois sistemas remotamente relacionados reorganizar seus elementos compartilhados para se ajustar às suas diferentes condições de vida, "disse Hongjun Yu, Ph.D., o primeiro autor do estudo e um cientista pesquisador no laboratório de Li. "Parece que a natureza está brincando com seus próprios blocos de construção."

As diferenças também se refletem em seus metabolismos; humanos inalam oxigênio e exalam dióxido de carbono, uma conversão auxiliada pelo Complexo I, enquanto P. furiosus usa MBH para expelir gás hidrogênio, possivelmente abrindo o potencial para seu uso como fonte de energia limpa.

MBH foi visualizado usando microscópio crioeletrônico Titan Krios de alta potência da VARI (cryo-EM), que é capaz de gerar imagens de moléculas 1/10, 000º da largura de um cabelo humano. O Krios do Instituto é um dos menos de 120 microscópios desse tipo no mundo.