Você provavelmente conhece o fermento porque, quando fermentado no escuro, ele converte carboidratos em produtos como pão e cerveja. Nestes casos, a exposição à luz pode dificultar ou até destruir esse processo. Em um novo estudo publicado na Current Biology, pesquisadores da Escola de Ciências Biológicas da Georgia Tech desenvolveram a primeira cepa do mundo de levedura intensificadora de luz que prefere ambientes claros.
Anthony Burnett disse: "Francamente, ficamos chocados com o quão fácil foi converter leveduras em fototróficos (organismos que podem aproveitar a energia da luz). Tudo o que tivemos que fazer foi mover um gene e eles cresceram 2% mais rápido na luz do que no escuro. Sem qualquer ajuste fino ou persuasão elaborada, simplesmente funcionou. "
Equipar facilmente a levedura com uma característica evolutivamente importante poderia ter enormes implicações para a nossa compreensão de como esta característica se originou e como ela pode ser usada para estudar questões como produção de biocombustíveis, evolução e envelhecimento celular.
Procurando por um aumento de energia
O estudo foi inspirado no trabalho anterior do grupo estudando a evolução da vida multicelular. A equipe publicou seu primeiro relatório sobre o Experimento de Evolução Multicelular de Longo Prazo (MuLTEE) na Nature no ano passado, revelando como seu organismo modelo unicelular, a levedura floco de neve, evoluiu a multicelularidade ao longo de 3.000 gerações.
Nestes experimentos evolutivos, surgiu uma grande limitação da evolução multicelular: a energia.
“O oxigênio tem dificuldade em se difundir profundamente no tecido, então você obtém um tecido que não tem capacidade de ganhar energia”. "Tenho procurado maneiras de contornar essa limitação energética baseada no oxigênio."
Uma forma de fornecer energia aos organismos vivos sem o uso de oxigênio é por meio da luz. Mas de uma perspectiva evolutiva, a capacidade de converter luz em energia utilizável é complicada. Por exemplo, a maquinaria molecular que permite às plantas utilizar a luz como energia envolve muitos genes e proteínas que são difíceis de sintetizar e transferir para outros organismos, tanto em laboratório como através da evolução natural.
Felizmente, as plantas não são as únicas criaturas que convertem luz em energia.
mantenha as coisas simples
Uma maneira mais simples de os organismos usarem a luz é com a rodopsina: uma proteína que converte luz em energia sem a necessidade de maquinaria celular adicional.
“A rodopsina é encontrada em toda a árvore da vida e aparentemente foi adquirida por organismos que adquiriram genes uns dos outros durante a evolução”, disse Autumn Peterson, principal autora do estudo.
Este tipo de troca genética é denominado transferência horizontal de genes e envolve o compartilhamento de informações genéticas entre organismos que não estão intimamente relacionados. A transferência horizontal de genes pode causar saltos evolutivos aparentemente enormes em um curto período de tempo, como a forma como as bactérias rapidamente se tornam resistentes a certos antibióticos. Isso pode acontecer com todas as informações genéticas, mas principalmente com a proteína rodopsina.
"Enquanto procurávamos maneiras de transferir a rodopsina para leveduras multicelulares, descobrimos que poderíamos entender a transferência horizontal de rodopsina que ocorreu no passado durante a evolução, transferindo-a para leveduras unicelulares regulares."
Para ver se conseguiriam equipar organismos unicelulares com rodopsina solar, os pesquisadores adicionaram um gene da rodopsina sintetizado por um fungo parasita à levedura de padeiro comum. Este gene específico codifica uma forma de rodopsina que é inserida nos vacúolos da célula, a parte da célula que, como as mitocôndrias, converte os gradientes químicos criados por proteínas como a rodopsina em energia.
Equipada com rodopsina vacuolar, a levedura cresceu cerca de 2% mais rápido na luz – um enorme benefício para a evolução.
“Aqui temos um único gene e apenas o transportamos através dos ambientes para uma linhagem que nunca tinha sido fototrófica antes, e funciona assim.” “Isto mostra que é realmente fácil para este sistema funcionar, pelo menos às vezes, num novo organismo.”
Esta simplicidade fornece insights evolutivos importantes, e os pesquisadores ilustram “com que facilidade e por que a rodopsina pode se espalhar por tantas linhagens”.
Como a função vacuolar pode contribuir para a senescência celular, o grupo também começou a colaborar para investigar como a rodopsina poderia reduzir os efeitos do envelhecimento nas leveduras. Outros investigadores começaram a utilizar novas leveduras semelhantes movidas a energia solar para estudar a produção biológica avançada, o que poderá marcar um grande avanço na síntese de biocombustíveis e muito mais.
No entanto, a equipe está mais interessada em explorar como esse benefício adicional afeta a transição de leveduras unicelulares para organismos multicelulares.
"Temos este lindo sistema modelo multicelular simples", disse Burnett, referindo-se ao Experimento de Evolução Multicelular de Longo Prazo (MuLTEE). “Queríamos dar-lhe fotonutrientes e ver como isso muda a sua evolução”.