Uma bactéria que passou décadas a circular pelos laboratórios de microbiologia não deveria reservar grandes surpresas.
Em regra, os investigadores partem do princípio de que os seus genes já foram inventariados e que as suas proteínas têm uma função atribuída.
Essa confiança acabou por falhar numa bactéria comum do solo: uma enzima esteve à vista durante gerações de estudo sem que se soubesse para que servia.
Só quando a equipa a analisou por uma via diferente é que a sua utilidade ficou clara - e, com ela, surgiu uma capacidade que ninguém tinha previsto.
Um microrganismo de referência
Poucos organismos foram explorados com tanta profundidade como a bactéria do solo Bacillus subtilis, há muito um verdadeiro “cavalo de batalha” em laboratório.
O seu genoma foi mapeado há anos e as suas proteínas encontram-se descritas de forma detalhada. Ainda assim, uma das suas enzimas permaneceu enigmática.
Esta bactéria tem oito membros da família de enzimas citocromo P450; sete deles foram decifrados há muito. O oitavo, o CYP107J1, resistiu.
O professor Toshiki Furuya, da Tokyo University of Science (TUS), no Japão, trabalhou com colaboradores na Austrália para perceber o que se passava.
O problema dos parceiros
Em vez de perseguirem a enzima tal como existia, decidiram reconstruí-la. Há uma razão para as enzimas citocromo P450 serem tão valorizadas.
Elas realizam química de oxigenação delicada à temperatura ambiente - um tipo de reacção que, na produção convencional, muitas vezes exige temperaturas elevadas e químicos tóxicos.
Mas há um senão: uma P450 não funciona sozinha. Depende de proteínas parceiras separadas, que lhe fornecem electrões; sem essas proteínas, a enzima quase não actua.
No caso do CYP107J1, esses parceiros nunca foram identificados. Na maioria das bactérias, os genes de uma enzima e dos seus auxiliares aparecem próximos.
Aqui, porém, os genes estão dispersos pelo genoma, o que manteve a função da enzima desconhecida durante anos.
Duas pequenas alterações
Em vez de procurarem os parceiros em falta, a equipa reconfigurou a enzima para deixar de depender deles.
A ideia veio de trabalho anterior na University of Adelaide, onde os investigadores aplicaram o mesmo tipo de abordagem a uma enzima aparentada.
O que fizeram foi trocar apenas dois “blocos de construção” da enzima: um par de aminoácidos no seu núcleo activo. Após essa edição, a enzima passou a dispensar as proteínas parceiras.
Os ensaios mostraram que, em alternativa, conseguia obter energia a partir de peróxido de hidrogénio - o mesmo químico presente em soluções antissépticas comuns.
Não se tratou de palpites ao acaso: antes de mexerem na sequência, a equipa modelou a estrutura da enzima no computador, confirmando que os dois locais estavam em posições susceptíveis de influenciar a actividade.
Mais rápida e mais limpa
A reformulação fez mais do que simplificar a “receita”. Num substrato modelo, a versão redesenhada trabalhou cerca de 28 vezes mais depressa do que a versão original.
Muitas vezes, ganhar velocidade significa perder precisão, mas aqui isso não aconteceu. A enzima continuou a colocar o átomo de oxigénio no mesmo ponto da molécula-alvo.
Esta selectividade é um dos grandes motivos pelos quais estas enzimas são tão apreciadas. Para quem procura processos de fabrico mais verdes, essa combinação é exactamente o objectivo.
Reacções que antes exigiam calor intenso e químicos tóxicos podem, em vez disso, decorrer com uma mistura suave de enzima e peróxido de hidrogénio.
Segundo um artigo, este avanço aproxima a química verde de uma produção mais limpa.
Um azul inesperado
Ao testarem que outras reacções a enzima redesenhada podia realizar, os investigadores observaram que ela convertia um composto incolor chamado indol em índigo, o corante azul-escuro.
Não foi preciso nenhuma montagem complicada: bastou misturar a enzima, o composto de partida e um pouco de peróxido de hidrogénio para o corante se formar no tubo.
O processo revelou-se mais rápido do que um sistema semelhante, também impulsionado por peróxido, descrito num estudo anterior.
O corante azul surgiu como um subproduto inesperado, e não como o objectivo inicial.
A mesma enzima que resolveu um problema antigo expôs também um resultado prático que ninguém lhe tinha associado.
As enzimas órfãs
O método poderá ter alcance para lá desta bactéria. Já foram catalogadas muitas enzimas P450 cuja função continua em branco porque nunca se encontraram as respectivas proteínas parceiras.
Os investigadores chamam-lhes órfãs. E a mesma estratégia de duas mutações funcionou numa enzima totalmente diferente - o que muda o cenário.
Com as alterações introduzidas e peróxido de hidrogénio fornecido, uma enzima adormecida pode tornar-se activa, sem necessidade de procurar parceiros.
A família a que estas enzimas pertencem está espalhada por muitas bactérias, oferecendo uma lista longa de candidatos para testar.
Furuya vê aí o verdadeiro prémio: um conjunto em expansão de biocatalisadores para desafios que os químicos antes não conseguiam abordar.
Um caminho a seguir
O que era uma entrada em branco nos manuais passa agora a ser uma enzima funcional com duas capacidades bem definidas. Onde antes não havia atribuições, há agora duas funções claramente identificadas.
O CYP107J1 consegue executar química de oxigenação precisa usando peróxido de hidrogénio, em vez de depender de proteínas parceiras que o mantiveram limitado durante anos.
Para a indústria química, abre-se um percurso mais limpo para medicamentos e corantes, operando à temperatura ambiente com um ingrediente barato e suave, em vez de calor e solventes agressivos.
Os investigadores ganham também uma estratégia reutilizável para estudar a próxima enzima cuja função permaneça desconhecida.
A equipa já está a trabalhar para aumentar a eficiência e a actividade da enzima redesenhada.
Há toda uma família de enzimas ignoradas à espera. Com uma forma simples de as “ligar”, o trabalho lento de associar cada uma aos seus parceiros em falta poderá deixar de ser o principal obstáculo.
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