As proteínas são componentes de todas as células. Como eles mudaram no curso da evolução com o objetivo de assumir novas funções no corpo tem sido objeto de pesquisa há muito tempo. O fato de que as proteínas podem emergir praticamente do nada – de uma nova estrutura de DNA surgindo ao acaso, em partes anteriormente não codificantes do genoma – só foi estabelecido há relativamente pouco tempo e não foi objeto de muita investigação em comparação com os processos evolutivos “tradicionais”. Uma equipe de pesquisadores tchecos e alemães chefiada pela bioquímica Dra. Klára Hlouchová, da Universidade de Praga, e pelo especialista em bioinformática, Prof. Dr. Erich Bornberg-Bauer, da Universidade de Münster, realizou agora, pela primeira vez, experimentos comparando de novo proteínas com proteínas geradas por computador no que diz respeito à sua estabilidade e solubilidade – e foram capazes de demonstrar diferenças pequenas, mas significativas entre elas. O estudo foi publicado na edição atual do Natureza Ecologia e Evolução Diário.
A equipe comparou dois tipos de proteínas: 1.800 candidatas a de novo proteínas que ocorrem em moscas-das-frutas e humanos, onde estão localizadas em partes não-gênicas do genoma na forma de DNA, e proteínas geradas aleatoriamente por computador. Enquanto as previsões relativas à estrutura – que os pesquisadores fizeram com o auxílio de vários programas de computador – fizeram classificações muito semelhantes das duas classes de proteínas, as investigações feitas em laboratório mostraram pequenas diferenças que as previsões não revelaram. Por exemplo, o de novo as proteínas dos experimentos de laboratório apresentaram, em média, uma solubilidade um pouco maior, com base na chamada estrutura secundária. “O que descobrimos também é que, apesar de suas origens serem tão jovens, de novo as proteínas podem ser melhor integradas na célula do que esperávamos de proteínas que surgem aleatoriamente”, diz o principal autor Brennen Heames, de Münster. “Esses resultados apontam para a seleção natural ocorrendo na fase inicial do surgimento dessas proteínas”.
Margaux Aubel, coautora do grupo Münster, acrescenta: “Nossos resultados são particularmente úteis para pesquisas básicas no campo da de novo evolução. Mas em nosso conjunto de dados há muitos humanos de novo proteínas que investigamos quanto à solubilidade e sua capacidade de agregação. Esta última habilidade desempenha um papel em uma variedade de doenças, e alguns estudos já mostraram que de novo proteínas também podem estar associadas a doenças. Talvez nossos resultados nos ajudem a aprender mais sobre o papel dessas proteínas até então pouco pesquisadas no desenvolvimento de doenças”.
Estudos anteriores muitas vezes analisaram de novo evolução de um ângulo puramente teórico, examinando grandes conjuntos de dados. Os estudos experimentais, por outro lado, investigam principalmente de novo proteínas. Embora a comparação de proteínas de novo com sequências geradas aleatoriamente já tenha sido realizada em estudos teóricos, ela nunca foi verificada em experimentos. Porque o de novo proteínas são relativamente jovens, ocorrendo em DNA não codificado exposto a pouca ou nenhuma pressão evolutiva, essas proteínas são mais prontamente comparáveis a proteínas geradas aleatoriamente do que a proteínas antigas estabelecidas.
A equipe usou programas de computador para prever as propriedades das proteínas. Os pesquisadores produziram as proteínas necessárias para análises experimentais, examinando-as por meio de espectrometria de massa. Em uma nova rodada de experimentos, eles adicionaram uma enzima degradadora de proteínas que lhes permitiu testar quantas das proteínas foram realmente degradadas e, em seguida, tirar conclusões sobre sua estabilidade. Para investigar a solubilidade das proteínas, a equipe utilizou um mecanismo de transporte molecular do Escherichia coli bactéria como indicador. As proteínas solúveis assim identificadas foram definidas de forma mais precisa por meio do sequenciamento de DNA de próxima geração.