Atrazina, um controverso herbicida introduzido na agricultura na década de 1950, foi proibido na União Europeia, mas é amplamente utilizado nos Estados Unidos e na Austrália. Nas décadas em que a atrazina se acumulou nos campos agrícolas, algumas bactérias nesses solos desenvolveram a capacidade de aproveitar este composto rico em nitrogênio, metabolizá-lo e usá-lo para crescer.

Pesquisadores da Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth da Austrália, ou CSIRO, estão interessados ​​em explorar a capacidade bacteriana de degradar a atrazina a fim de remediar ambientes poluídos por atrazina. Em um novo artigo de pesquisa publicado no Journal of Biological Chemistry , uma equipe do CSIRO e da Australian National University descreve proteínas até então desconhecidas envolvidas na degradação da atrazina - e os insights que elas podem nos dar sobre como as bactérias desenvolvem novas habilidades em resposta a produtos químicos sintetizados por humanos. "As bactérias são realmente boas em evoluir para serem capazes de explorar novas fontes de nutrientes, e eles fazem isso adaptando a maquinaria celular existente para novas funções, "disse Colin Scott, o líder da Equipe de Biocatálise e Biologia Sintética da CSIRO, quem supervisionou o trabalho.

Transformar a atrazina em uma fonte de nitrogênio utilizável é um processo de várias etapas para bactérias, envolvendo várias enzimas. Cada uma dessas enzimas tinha desempenhado funções diferentes em células bacterianas no mundo antes da poluição generalizada de atrazina. Em bactérias degradadoras de atrazina, os genes que codificam essas enzimas são agrupados em uma seção de DNA chamada plasmídeo, que pode ser facilmente transmitido entre bactérias, dando-lhes uma nova adaptação pronta.

"Dentro de 10 anos de sua descoberta original (na década de 1990), genes dessa via foram encontrados (em bactérias) em praticamente todos os continentes, exceto na Antártica, "Scott disse. Em outras palavras, à medida que o uso de atrazina se espalhou pelo globo, o mesmo aconteceu com a capacidade bacteriana de metabolizá-lo.

Considerando que as enzimas envolvidas em várias dessas etapas foram completamente descritas, a estrutura de um deles, chamado AztE, ainda era desconhecido. AztE é crucial para converter um ácido cianúrico - uma etapa intermediária no processo de degradação da atrazina - em amônia.

Lygie Esquirol, um Ph.D. estudante no laboratório de Scott, liderou o esforço para purificar essa proteína. Quando a equipe examinou a proteína, encontrou algo surpreendente:outro, proteína muito pequena, cuja existência não havia sido prevista a partir da sequência do genoma da bactéria, formando um complexo com AztE. Esta nova proteína, que a equipe chamou de AztG, parecia ser necessário estabilizar a estrutura do AztE.

Juntos, a estrutura de AztE e AztG se assemelhava a um complexo de proteína bacteriana diferente - o transamidassoma, o que ajuda a fazer o RNA de transferência bacteriana. Assim, parecia que as proteínas envolvidas nas funções básicas da célula bacteriana foram reformuladas para a nova via da atrazina.

"(O transamidassoma) é absolutamente essencial para as bactérias na forma como elas fazem seus tRNAs, "Scott disse." Foi um tanto surpreendente que nossa proteína, que está envolvido no catabolismo de pesticidas, foi (semelhante) a este complexo de proteínas que é usado no metabolismo central. "

A promessa da biologia sintética é que os humanos podem combinar genes que codificam diferentes funções em um organismo de maneiras criativas. Contudo, embora seja relativamente simples inserir genes em novos contextos, nem sempre há garantia de que um caminho recém-construído funcionará como planejado. Portanto, é instrutivo examinar caminhos como o caminho de degradação da atrazina, em que as bactérias reaproveitaram com sucesso uma série de genes não relacionados para fazer algo novo.

"Este (caminho) veio de outros lugares e foi remendado, mas deve haver algumas regras e restrições subjacentes sobre como fazer isso, "Scott disse." Não sabemos no momento quais são as regras de design para caminhos complexos em termos de sua arquitetura genética. O que queremos fazer é usar a via do ácido cianúrico como um modelo para entender alguns desses princípios de design. "

Bactérias que degradam a atrazina convertem a atrazina em compostos nitrogenados que as plantas podem usar como fertilizante, mas isso apresenta seus próprios problemas:o escoamento de nitrogênio para a água causa a proliferação de algas e a morte de animais. Assim, um dos principais problemas que os pesquisadores do CSIRO estão tentando resolver é como conter a reação de modo que ela ocorra apenas onde e como os humanos precisam dela. Uma abordagem é usar a aplicação direcionada de enzimas purificadas dessas bactérias, em vez das próprias bactérias.

"Como tecnologia, fomos a campo e provamos que (as enzimas) podem funcionar, "Scott disse." O próximo passo é trabalhar com a indústria para tentar implementar algumas dessas soluções. "