Para os micróbios que vivem no calor, profundezas salgadas do Mar Vermelho, a vida é um delicado ato de equilíbrio evolutivo. Só para essas criaturas replicarem seu DNA, é necessária uma enzima que se adapta a altas temperaturas e altas concentrações de sal, dois fatores ambientais que impõem pressões seletivas compensatórias sobre a estrutura de uma proteína.

Uma equipe da KAUST agora caracterizou e projetou uma enzima sintetizadora de DNA de um micróbio do fundo do mar que parece dividir a diferença, sendo rígido o suficiente para adaptação térmica, mas flexível o suficiente para lidar com mudanças estruturais induzidas pelo sal. As descobertas revelam como a evolução pode fazer o ajuste fino das proteínas para serem ideais para a vida em ambientes extremos. Além disso, eles poderiam ter aplicações práticas para a biotecnologia e a pesquisa biomédica.

"Essas propriedades são atraentes para técnicas de sequenciamento de DNA de próxima geração, "diz Samir Hamdan, professor da KAUST, que supervisionou o estudo." Vale a pena colocar um esforço significativo agora na exploração do potencial biotecnológico das enzimas de processamento de DNA desses microorganismos. "

Hamdan e seu laboratório colaboraram com membros do corpo docente de outros grupos KAUST - incluindo o Red Sea Research Center e o Computational Bioscience Research Center - e em divisões de ciências físicas e biológicas para estudar uma enzima polimerase sintetizadora de DNA de um micróbio unicelular encontrado vivendo de a costa da Arábia Saudita em uma piscina de salmoura que era quatro vezes mais salgada e 16 vezes mais quente do que a água do mar média. "Esta polimerase, "diz o autor principal do estudo, Masateru Takahashi, um pesquisador no laboratório de Hamdan, "é a polimerase mais tolerante ao sal que também é termicamente estável."

Os pesquisadores modelaram a estrutura da enzima a partir de sua sequência de proteínas e conduziram análises bioquímicas e estruturais para questionar sua configuração física. Eles identificaram muitas interações entre regiões de carga oposta da proteína que deram a forma da enzima. Contudo, a abundância de regiões carregadas negativamente em excesso também ajudou a separar a enzima até certo ponto, dando-lhe o dinamismo estrutural para lidar com o aumento das concentrações de sal. Essa flexibilidade - e subsequente rigidez induzida por sal - também poderia explicar por que esta enzima polimerase tem uma capacidade única de usar íons de zinco como moléculas auxiliares, ao contrário da maioria das outras enzimas sintetizadoras de DNA de seu tipo.

Com esses insights, a equipe KAUST criou uma versão híbrida tolerante ao sal de uma polimerase que muitos biólogos já estão usando para amplificar o DNA para seus experimentos. Os insights obtidos a partir dessas enzimas projetadas, diz Takahashi, pode levar a novos reagentes e métodos para a indústria de biotecnologia.