Pesquisadores da Princeton Chemistry descobriram uma via biossintética que incorpora selênio em pequenas moléculas microbianas, marcando a primeira vez que esses átomos foram descobertos em produtos naturais e abrindo novos caminhos na selenobiologia.
A pesquisa também sugere fortemente que o selênio, um oligoelemento essencial em todos os reinos da vida, pode ter um papel biológico mais importante nas bactérias do que os cientistas originalmente supunham.

O artigo do laboratório, "Biossíntese de pequenas moléculas contendo selênio em diversos microrganismos", foi de autoria de Chase Kayrouz, um estudante de pós-graduação do quarto ano do laboratório; pós-doutorandos Jonathan Huang e Nicole Hauser; e Mohammad Seyedsayamdost, professor do Departamento de Química.

"Este era um campo fechado. Ninguém havia encontrado uma nova via no metabolismo do selênio em 20 anos", disse Kayrouz. "A biossíntese de selenoproteínas e ácidos selenonucleicos foi elucidada nos anos 80 e 90. E desde então, as pessoas meio que assumiram que essas são as únicas coisas que os micróbios fazem com o selênio. Nós simplesmente nos perguntamos se eles poderiam incorporar o selênio em outras moléculas pequenas? Acontece que eles fazem."

Seyedsayamdost diz que seu "trabalho mostra que a natureza realmente desenvolveu caminhos para incorporar esse elemento em pequenas moléculas, açúcares e metabólitos secundários. O selênio tem propriedades notáveis ​​que são distintas de qualquer outro elemento encontrado em biomoléculas. Incorporação de selênio em selenoneína, por exemplo, torna-o um antioxidante muito melhor do que a versão de enxofre da molécula. Mas enquanto o enxofre é onipresente nas biomoléculas, a ocorrência de selênio é muito mais rara e foi considerada limitada a biopolímeros."

“A natureza desenvolveu mecanismos específicos para incorporar enxofre ou selênio em produtos naturais, aproveitando as propriedades únicas de ambos os elementos por meio de caminhos específicos para cada um”.

Procurando selênio

O laboratório começou sua investigação sob a suposição de que os átomos de selênio deveriam existir em produtos naturais devido à sua ubiquidade de utilização em outros lugares. Eles perguntaram, como seria essa assinatura em genomas microbianos?

"Como você realmente vê onde está um novo medicamento ou produto natural ou metabólito de selênio, como você o encontra?" disse Kayrouz. "Nós normalmente procuramos por agrupamentos de genes biossintéticos - grupos de genes no cromossomo que codificam a biossíntese de tais moléculas. Então, se temos um caminho para fazer um composto contendo selênio, ele deve ser codificado por genes."

Eles implementaram uma estratégia de mineração de genoma em busca de genes que são encontrados ao lado de selD, que codifica o primeiro passo em todos os processos de selênio conhecidos dentro da célula.

Rapidamente, eles encontraram um gene que foi co-localizado com selD - chamado senB - que chamou sua atenção, principalmente porque não havia sido implicado antes no metabolismo do selênio.

Um exame mais aprofundado descobriu um terceiro gene co-localizado, chamado SenA. Kayrouz levantou a hipótese de que esses três genes podem estar envolvidos em uma nova via biossintética do selênio.

"Primeiro, definimos como seria um cluster de genes biossintéticos que incorpora selênio", disse Seyedsayamdost. "Usamos então a bioinformática para procurar esses genes e identificamos o que agora chamamos de 'cluster sen' em diversos genomas microbianos".

Eles foram capazes de expressar cada um desses novos genes em Escherichia coli, montando assim toda a via em um tubo de ensaio. Isso revelou a produção de duas pequenas moléculas contendo selênio – um selenosugar e uma molécula chamada selenoneína. Também revelou duas enzimas que formam ligações carbono-selênio, as primeiras dessas enzimas a atuar em pequenas moléculas biológicas.

"Os micróbios estão colocando selênio nesses compostos por um motivo, então deve haver alguma bioatividade interessante associada a eles", disse Kayrouz. "Ainda não sabemos o que é isso, mas é extremamente emocionante. Como químicos biológicos, é por descobertas como essa que acordamos todos os dias."

A pesquisa foi publicada na Nature . + Explorar mais

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