08/10/2021
A proliferação de um conjunto de moléculas através de auto-reprodução para formar sofisticados conjuntos supramoleculares é uma propriedade "biológica" específica de organismos e não observada em vírus e replicadores moleculares. A formação de polímeros a partir de monômeros e de conjuntos moleculares a partir de polímeros são propriedades "químicas" comuns na natureza e são baseadas em interações como ligações covalentes e forças intermoleculares. Porém, até o momento, gotículas de coacervados proliferantes - propostas como uma célula primitiva (proto-célula) que deu origem à vida no nosso planeta, ligando química à biologia - não haviam ainda sido experimentalmente demonstradas.
Tal modelo de evolução química (gotículas de coacervados proliferantes) foi primeiro proposto há cerca de 100 anos. Complexos compostos orgânicos reunidos nessas gotas - assim como as próprias gotas - já foram extensivamente produzidos em laboratório sob diversas condições simuladas de mundo pré-biótico (!), incluindo aminoácidos e peptídeos. De acordo com o cenário de abiogênese, uma gotícula de coacervado é formada a partir de moléculas orgânicas via separação de fase líquido-líquido (SFLL), e resulta principalmente da reunião espontânea de moléculas com cargas opostas ou de polímeros hidrofóbicos e, em particular, de polímeros pré-bióticos ou oligômeros.
Agora, em um estudo publicado na Nature Communications (1), pesquisadores produziram gotículas proliferantes com propriedades autocatalíticas e auto-reprodutivas através de polimerização pré-biótica em SFLL. O experimento foi inspirado na hipótese do "Mundo Tioéster", o qual argumenta que peptídeos pré-bióticos podem ter sido gerados a partir de aminoácidos tioésteres sob certas condições aquosas. Nesse sentido, os pesquisadores sintetizaram um derivativo da cisteína tioesterificado como um monômero percursor para a oligomerização espontânea de um aminoácido tioéster em um sistema aquoso.
Quando misturados em água a temperatura ambiente e sob pressão atmosférica, os aminoácidos derivativos condensaram, se arranjando como peptídeos, os quais, espontaneamente, formaram gotículas (imagem abaixo). As gotículas cresceram em tamanho até um limite e se multiplicaram continuamente quando alimentadas com mais aminoácidos, mantendo um ciclo de crescimento-divisão sob um estado de não-equilíbrio (similar a uma cultura de células bacterianas sob contínua alimentação). Os pesquisadores também encontraram que as gotículas resistiam à dissolução por lipídios e eram mais estáveis (resistiam melhor a estímulos externos) quando ácidos nucleicos e lipídios eram adicionados no meio e concentrados pelas gotículas.
Os ácidos nucleicos que se acumularam dentro das gotículas podem potencialmente concentrar outros substratos e moléculas catalíticas em um processo de hiperconcentração, carregando informações para controlar o processo de auto-reprodução. Seria o primeiro passo para uma complexação cada vez maior das gotas proliferantes (proto-células), criando também uma ponte entre o Mundo RNA (!) e as primeiras células vivas.
Em resumo, o novo estudo provou como proto-células proliferantes (função biológica) podem ser formadas via evolução química em um mundo pré-biótico. Os pesquisadores chamaram esse cenário de 'Hipótese do Mundo de Gotículas', marcado por proto-células baseadas em gotículas de coacervados formadas por reações de tioésteres. A origem da vida a partir de evolução química é mais do que plausível.
Aliás, em algumas bactérias e células eucarióticas aminoácidos tioésteres atuam como monômeros para formar peptídeos. Além disso, gotículas intracelulares compostas de peptídeos e aminoácidos atuam também como locais de reações relacionados à expressão de genes em células modernas. Esses exemplos in vivo são consistentes com o Mundo de Gotículas.
(1) Link do paper nos comentários.
(!) Para um artigo completo e atualizado sobre tudo o que sabemos sobre a origem da vida, nos comentários.
