Origem da vida: como os micróbios criaram as bases para as células complexas
Quem são os nossos antepassados? Possivelmente um grupo especial de organismos unicelulares que possuem um citoesqueleto semelhante ao dos organismos complexos, como os animais e as plantas
Há dez anos, ninguém sabia que elas existiam: as archaea de Asgard. Mas em 2015, investigadores noruegueses encontraram fragmentos de material genético em sedimentos do mar profundo que apontavam para uma nova forma de protozoário, até então desconhecida.
O corpo celular e as projecções de uma arqueia Asgard contêm estruturas esqueléticas filamentosas (laranja: actina, verde: microtúbulos), que também se encontram em células complexas com núcleos celulares.
Margot Riggi, Max Planck Institute of Biochemistry
Árvore genealógica redesenhada: Os eucariotas descendem das archaea de Asgard.
Florian Wollweber / ETH Zürich
Com base nestes fragmentos, os investigadores montaram o genoma completo no computador, como um puzzle. Só então se aperceberam que se tratava de um grupo de arqueas até então desconhecido.
Tal como as bactérias, as archaea são organismos unicelulares. No entanto, diferem significativamente delas do ponto de vista genético, em termos do seu invólucro celular e do seu metabolismo.
Através de mais investigação, os microbiologistas encontraram os organismos correspondentes, descreveram-nos e classificaram-nos no seu próprio subgrupo de arqueias: as arqueias de Asgard, cujo nome deriva do céu dos deuses das sagas nórdicas, porque o primeiro local onde foram encontradas foi perto de um fumeiro negro chamado Castelo de Loki, na cordilheira do Atlântico médio entre a Noruega e Spitsbergen.
Para os investigadores, as archaea de Asgard foram de facto uma espécie de dádiva de Deus: revelaram-se o "elo perdido" entre as archaea e os eucariotas, ou seja, os organismos cujas células têm um núcleo e que incluem também plantas e animais.
Árvore da vida com um ramo a menos
Nos últimos anos, os cientistas têm encontrado cada vez mais provas de que as archaea e os eucariotas devem estar intimamente relacionados - e que os últimos podem ter evoluído a partir dos primeiros. A categorização de todos os organismos vivos em três domínios - bactérias, archaea e eucariotas - não resistiu a esta descoberta surpreendente.
Atualmente, alguns investigadores sugerem que os eucariotas devem ser considerados como um grupo dentro das archaea de Asgard. Isto reduziria o número de domínios da vida de três para dois: Archaea, incluindo os eucariotas, e bactérias.
Martin Pilhofer, professor na ETH Zurich, e a sua equipa também estão fascinados pelas archaea de Asgard e estudam estes micróbios misteriosos há vários anos.
Numa publicação na revista científica Nature, há dois anos, os investigadores da ETH foram os primeiros a examinar os pormenores da estrutura e da arquitetura celular da Lokiarchaeum ossiferum, uma arqueia de Asgard que os investigadores do grupo de trabalho de Christa Schleper, da Universidade de Viena, tinham isolado de sedimentos de um canal de água salobra na Eslovénia.
Na altura, Pilhofer e os seus pós-doutorados Jingwei Xu e Florian Wollweber mostraram que a Lokiarchaeum ossiferum tem algumas estruturas que também são típicas dos eucariotas. "Encontrámos uma proteína de actina nesta espécie que é muito semelhante à dos eucariotas - e que ocorre em quase todas as arqueas de Asgard conhecidas até à data", diz Pilhofer.
Graças a uma combinação de diferentes métodos de microscopia, conseguiram mostrar no primeiro estudo que esta proteína, conhecida como actina de Loki, forma hastes de andaimes semelhantes a fios. Estas são comuns nos numerosos braços celulares em forma de tentáculos dos micróbios. "Constituem, assim, o esqueleto da complexa arquitetura celular das arqueas de Asgard", acrescenta Florian Wollweber.
Para além dos filamentos de actina, os eucariotas também têm microtúbulos. Estas estruturas tubulares são o segundo bloco de construção importante do citoesqueleto e são constituídas por numerosas proteínas tubulinas. Estes mini-túbulos são importantes para o transporte no interior da célula ou para a divisão dos cromossomas durante a divisão celular.
Microtúbulos mais pequenos do que nos eucariotas
A origem dos microtúbulos não era clara até à data. Num estudo recentemente publicado na revista científica externe Seite Cell, os investigadores da ETH encontraram agora estruturas relacionadas nas archaea Asgard e clarificaram a sua estrutura. Estas experiências mostram que as variantes de Asgard formam microtúbulos muito semelhantes mas mais pequenos do que os seus parentes eucariotas
No entanto, apenas algumas células de lociarchaeum formam esses microtúbulos. Ao contrário da actina, as proteínas tubulinas também só são encontradas em muito poucos representantes das arqueas Asgard.
Os cientistas ainda não sabem porque é que as tubulinas só raramente se encontram nas arqueas Loki e porque é que as células precisam delas. Nos eucariotas, os filamentos de tubulina são responsáveis pelo transporte dentro da célula. Em alguns casos, existem também proteínas motoras que se "movem ao longo" deles. Os investigadores do ETH ainda não observaram essas proteínas motoras nas arqueas de Asgard.
"No entanto, mostrámos que os túbulos, que são compostos por tubulinas, crescem numa extremidade. Por isso, suspeitamos que desempenham funções de transporte semelhantes às dos microtúbulos nos eucariotas", diz Jingwei Xu, segundo autor principal do estudo Cell. Produziu as tubulinas em cultura celular com células de insectos e analisou a sua estrutura.
Os investigadores dos domínios da microbiologia, bioquímica, biologia celular e biologia estrutural trabalharam em estreita colaboração neste estudo. "Sem esta abordagem interdisciplinar, nunca teríamos chegado até aqui", sublinha Pilhofer com orgulho.
O esqueleto celular é um pré-requisito para o desenvolvimento futuro?
Apesar das perguntas sem resposta, é claro para os investigadores que o citoesqueleto foi importante para o passo evolutivo em direção aos eucariotas. Um passo que pode ter sido dado da seguinte forma: nos tempos pré-históricos, uma arqueia Asgard envolveu os seus apêndices numa bactéria. No decurso da evolução, esta bactéria transformou-se na mitocôndria, que serve de central eléctrica às células modernas. Com o tempo, o núcleo celular e outros compartimentos celulares desenvolveram-se - surgiu a célula eucariótica
"O citoesqueleto especial esteve provavelmente no início deste desenvolvimento. Pode ter permitido às arqueas de Asgard formar apêndices, o que as pode ter ajudado a agarrar uma bactéria e a incorporá-la", diz Pilhofer.
A pesca das arqueas de Asgard
Pilhofer e a sua equipa querem agora investigar a função dos filamentos de actina e da tubulina das arqueas, bem como dos microtúbulos construídos a partir deles.
Querem também identificar as proteínas que os investigadores descobriram na superfície dos micróbios. Pilhofer espera poder desenvolver anticorpos que correspondam exatamente a estas proteínas. Os investigadores gostariam então de os utilizar para pescar especificamente as archaea de Asgard em culturas microbianas mistas.
"Ainda há muitas perguntas sem resposta sobre as arqueias de Asgard, sobretudo no que diz respeito à sua relação com os eucariotas e à sua biologia celular especial", diz Pilhofer. "É fascinante desvendar os segredos destes micróbios".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Thiago Rodrigues-Oliveira, Florian Wollweber, Rafael I. Ponce-Toledo, Jingwei Xu, Simon K.-M. R. Rittmann, Andreas Klingl, Martin Pilhofer, Christa Schleper; "Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon"; Nature, Volume 613, 2022-12-21
Florian Wollweber, Jingwei Xu, Rafael I. Ponce-Toledo, Florina Marxer, Thiago Rodrigues-Oliveira, Anja Pössnecker, Zhen-Hao Luo, Jessie James Limlingan Malit, Anastasiia Kokhanovska, Michal Wieczorek, Christa Schleper, Martin Pilhofer; "Microtubules in Asgard archaea"; Cell
Outras notícias do departamento ciência
