Em um sistema com moléculas autorreplicantes, anteriormente demonstrado ter a capacidade de crescer, dividir e evoluir, Químicos da Universidade de Groningen descobriram agora capacidades catalíticas que resultam em um metabolismo básico. Além disso, eles ligaram um corante sensível à luz às moléculas, o que lhes permitiu usar a energia da luz para impulsionar o crescimento. Estes achados, que trazem a vida artificial um passo mais perto, foram publicados simultaneamente nas revistas Química da Natureza e Catálise Natural em 26 de junho.

Dez anos atrás, Sijbren Otto, Professor de Química de Sistemas no Instituto de Química Stratingh da Universidade de Groningen, descobriram um novo mecanismo de autorreplicação:pequenas moléculas contendo peptídeos em anéis de forma de solução que subsequentemente formam pilhas crescentes. Quando uma pilha se quebra, ambas as metades começam a crescer novamente. Além disso, o crescimento de pilhas esgota o número de anéis em solução e isso, por sua vez, estimula a formação de novos anéis a partir dos blocos de construção. O sistema também pode 'sofrer mutação' quando diferentes blocos de construção forem adicionados.

Descoberta impressionante

Este sistema, que surgiu espontaneamente, é uma forma de proto-vida artificial. "A definição de vida é complexa, mas em geral, a vida deve ter três propriedades básicas, "explica Otto." O primeiro é a replicação, e isso acontece em nosso sistema. O segundo é o metabolismo, que deve criar blocos de construção de materiais no ambiente. E a terceira é a compartimentação, que separa o organismo vivo de seus arredores. "Finalmente, tais organismos devem desenvolver um quarto, propriedade mais avançada, que é a capacidade de evoluir e inventar.

Otto e sua equipe decidiram fazer mudanças em suas moléculas para adicionar capacidades catalíticas. "Contudo, quando começamos o projeto, fizemos uma descoberta impressionante. Sem exigir nenhuma mudança, o sistema já apresentou catálise; apenas não tínhamos percebido isso antes. "As pilhas crescem de anéis compostos por seis blocos de construção. Esses anéis são formados pela combinação dos blocos de construção de anéis menores que são formados por três ou quatro blocos de construção.

Evolução

"Descobriu-se que as pilhas de anéis catalisam a formação dos anéis menores, ", diz Otto. Uma análise mais aprofundada mostrou que a catálise desta reação requer a presença de dois resíduos de aminoácidos específicos (dois resíduos de lisina)." Nem os blocos de construção nem os anéis separados têm habilidades catalíticas, mas as pilhas sim. Portanto, assumimos que nessas pilhas, surge uma configuração 3-D desses resíduos de lisina que atua como o centro catalítico, assim como as proteínas moldam os sítios ativos, colocando resíduos de aminoácidos em arranjos altamente específicos, "explica Otto. Assim, nas estruturas que emergem como resultado de sua capacidade de auto-replicação, os aminoácidos se organizam de tal forma que podem atuar como catalisadores.

p As pilhas também são capazes de catálise retro-aldólica, uma reação bem conhecida que é frequentemente usada para avaliar os esforços de design de catalisador. "Interessantemente, nossas pilhas, que não foram projetados para ter capacidades catalíticas, eram tão eficientes quanto os catalisadores mais bem projetados que conhecemos. "Descobrir que as mesmas pilhas podem catalisar duas reações muito diferentes é interessante. Muitas enzimas têm essa capacidade, o que dá à evolução a chance de desenvolver algo novo.

Metabolismo

Em um segundo estudo, um corante fotossensível foi adicionado. "Guille Monreal, um dos meus Ph.D. alunos, li que tal corante poderia estimular a formação de oxigênio singlete reativo em peptídeos amilóides. Como o oxigênio reativo conduz etapas importantes na formação do anel, ele queria ver se isso iria acelerar a formação de anéis. "Dois corantes diferentes foram encontrados que realmente aceleram a formação de anéis quando expostos à luz, mas apenas quando eles foram amarrados às pilhas. "Os corantes pareciam atuar como co-fatores para as pilhas, assim como as proteínas modernas usam cofatores para sua catálise, "diz Otto. Quando ligado às fibras replicantes, o corante pode usar a energia da luz para criar oxigênio singlete reativo e, assim, aumentar a formação de novos anéis.

Tanto a catálise espontânea pelas pilhas quanto a catálise mediada pelo cofator resultam em um tipo de metabolismo que está ligado à replicação. "Ainda não é o tipo de metabolismo que você vê nos organismos vivos, "explica Otto." Em nosso sistema, a catálise apenas acelera as reações que ocorreriam lentamente sem ajuda. Em vida, o metabolismo também leva a reações que, de outra forma, não ocorreriam. "

p Vida artificial

Contudo, O sistema artificial de Otto mostra replicação e uma forma primitiva de metabolismo. "Além disso, deste ponto, a compartimentação é um passo relativamente pequeno. "Então, ele está perto de ver a vida artificial evoluir em seus tubos de ensaio? "Não exatamente, "admite Otto." Isso exigiria que o sistema fosse capaz de uma evolução aberta, o que significa que pode desenvolver recursos que não estão presentes no sistema. E ainda não temos uma ideia clara de como fazer isso. Mas nosso sistema parece ser uma base sólida a partir da qual podemos chegar lá. "