Químicos da Scripps Research fizeram uma descoberta que apóia uma nova visão surpreendente de como a vida se originou em nosso planeta.

Em um estudo publicado na revista química Angewandte Chemie , eles demonstraram que um composto simples chamado diamidofosfato (DAP), que estava plausivelmente presente na Terra antes do surgimento da vida, poderia ter tricotado quimicamente minúsculos blocos de construção de DNA chamados desoxinucleosídeos em fitas de DNA primordial.

A descoberta é a mais recente de uma série de descobertas, nos últimos anos, apontando para a possibilidade de que o DNA e seu primo químico próximo, o RNA, surgiram juntos como produtos de reações químicas semelhantes, e que as primeiras moléculas autorreplicantes - as primeiras formas de vida na Terra - eram uma mistura das duas.

A descoberta também pode levar a novas aplicações práticas em química e biologia, mas seu principal significado é que ele aborda a questão milenar de como a vida na Terra surgiu pela primeira vez. Em particular, ele abre caminho para estudos mais extensos de como as misturas de DNA-RNA auto-replicantes poderiam ter evoluído e se espalhado na Terra primordial e, finalmente, semeado a biologia mais madura dos organismos modernos.

"Esta descoberta é um passo importante para o desenvolvimento de um modelo químico detalhado de como as primeiras formas de vida se originaram na Terra, "diz o autor sênior do estudo, Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., professor associado de química da Scripps Research.

A descoberta também afasta o campo da química da origem da vida da hipótese que o dominou nas últimas décadas:a hipótese do "Mundo de RNA" postula que os primeiros replicadores eram baseados em RNA, e que o DNA surgiu apenas mais tarde como um produto de formas de vida de RNA.

O RNA é muito pegajoso?

Krishnamurthy e outros duvidaram da hipótese do mundo do RNA em parte porque as moléculas de RNA podem simplesmente ter sido muito "pegajosas" para servir como os primeiros auto-replicadores.

Uma fita de RNA pode atrair outros blocos de construção individuais de RNA, que aderem a ele para formar uma espécie de fio de imagem espelhada - cada bloco de construção no novo fio ligando-se ao seu bloco de construção complementar no original, vertente "template". Se a nova vertente puder se desprender da vertente modelo, e, pelo mesmo processo, comece a modelar outras novas vertentes, então, ele alcançou a façanha de autorreplicação subjacente à vida.

Mas, embora as fitas de RNA possam ser boas na modelagem de fitas complementares, eles não são tão bons em se separar desses fios. Os organismos modernos produzem enzimas que podem forçar as fitas gêmeas de RNA - ou DNA - a seguir caminhos separados, permitindo assim a replicação, mas não está claro como isso poderia ter sido feito em um mundo onde as enzimas ainda não existiam.

Uma solução alternativa quimérica

Krishnamurthy e colegas demonstraram em estudos recentes que cadeias moleculares "quiméricas" que são parte DNA e parte RNA podem ter sido capazes de contornar este problema, porque eles podem moldar fios complementares de uma forma menos pegajosa que permite que eles se separem com relativa facilidade.

Os químicos também mostraram em artigos amplamente citados nos últimos anos que os blocos de construção simples de ribonucleosídeo e desoxinucleosídeo, de RNA e DNA, respectivamente, poderia ter surgido sob condições químicas muito semelhantes na Terra primitiva.

Além disso, em 2017, eles relataram que o composto orgânico DAP poderia ter desempenhado o papel crucial de modificar os ribonucleosídeos e amarrá-los juntos nas primeiras fitas de RNA. O novo estudo mostra que o DAP em condições semelhantes poderia ter feito o mesmo para o DNA.

"Nós achamos, para nossa surpresa, que usar DAP para reagir com desoxinucleosídeos funciona melhor quando os desoxinucleosídeos não são todos iguais, mas, em vez disso, são misturas de diferentes 'letras' de DNA, como A e T, ou G e C, como DNA real, "diz o primeiro autor Eddy Jiménez, Ph.D., um associado de pesquisa de pós-doutorado no laboratório Krishnamurthy.

"Agora que entendemos melhor como uma química primordial poderia ter feito os primeiros RNAs e DNAs, podemos começar a usá-lo em misturas de blocos de construção de ribonucleosídeos e desoxinucleosídeos para ver quais moléculas quiméricas são formadas - e se elas podem se auto-replicar e evoluir, "Krishnamurthy diz.

Ele observa que o trabalho também pode ter amplas aplicações práticas. A síntese artificial de DNA e RNA - por exemplo, na técnica "PCR" subjacente aos testes COVID-19 - equivale a um vasto negócio global, mas depende de enzimas que são relativamente frágeis e, portanto, têm muitas limitações. Robusto, métodos químicos livres de enzimas para fazer DNA e RNA podem acabar sendo mais atraentes em muitos contextos, Krishnamurthy diz.