A enzima mais abundante na Terra, a rubisco, tem fornecido a energia que alimenta a vida no nosso planeta durante os últimos três mil milhões de anos. Embora a rubisco fixe bilhões de toneladas de CO 2 a cada ano, a enzima é notoriamente ineficiente. Isto criou um paradoxo biológico que tem intrigado os investigadores há décadas. Porque é que a enzima que alimenta a vida há mais de 3 mil milhões de anos não é muito melhor no desempenho do seu trabalho? Muitos cientistas de plantas têm debatido se a enzima está presa numa “rotina evolutiva”, tornando impossível que melhore.

Mas uma nova investigação da Universidade de Oxford revelou que a rubisco está a melhorar continuamente, mas que esta melhoria está a ocorrer a um ritmo glacial.

O autor principal, Jacques Bouvier, aluno do DPhil no Departamento de Biologia de Oxford, disse: “Nossa pesquisa demonstra pela primeira vez que a evolução está melhorando consistentemente a rubisco e que é possível melhorar ainda mais a enzima. É importante ressaltar que esta visão proporciona um otimismo renovado para os esforços de engenharia da enzima para ajudar a alimentar o mundo”.

Os pesquisadores analisaram sequências do gene da rubisco de uma ampla gama de organismos fotossintéticos e quantificaram pela primeira vez a taxa de evolução da rubisco. Eles descobriram que a sua sequência se alterou em incrementos mínimos de apenas uma mudança de base do ADN a cada 900.000 anos – um forte contraste com o genoma da COVID-19, por exemplo, que está a evoluir uma mudança de base a cada duas semanas. Isso coloca a rubisco entre 1% dos genes de evolução mais lenta da Terra.

Apesar desta lenta taxa de mudança, os investigadores descobriram que a enzima está a aproveitar esta evolução para melhorar a fixação do CO2. Os autores também descobriram que esta melhoria lenta da fixação de CO2 está resultando em melhorias na fotossíntese; as plantas estão evoluindo para melhorar a transformação de CO2 em açúcar, mas a taxa de melhoria é tão lenta que parece congelada.

Durante décadas, os cientistas aspiraram desenvolver uma rubisco melhorada para impulsionar o crescimento e a produtividade das plantas cultivadas. Mas apesar de muito esforço, o sucesso tem sido limitado e muitos se perguntam se a rubisco já está otimizada, tornando essas tentativas inúteis. No entanto, os insights deste estudo oferecem esperança renovada. Em particular, desvendar o mistério do que está a atrasar o ritmo de evolução da rubisco pode revelar novas formas de melhorar o rendimento das colheitas.

Jacques Bouvier acrescentou: “Como a rubisco assimila os açúcares que alimentam a vida na Terra, melhorar esta enzima é um dos caminhos mais promissores para ajudar a combater a insegurança alimentar. Tem havido um debate acalorado sobre se há espaço para melhorar a enzima; nossa nova pesquisa fornece uma resposta clara a essa pergunta. Se a evolução pode melhorar a rubisco, nós também podemos!'

Esta nova visão encoraja os esforços que visam aumentar a produção de alimentos, fibras e culturas combustíveis, visando a engenharia da rubisco. Melhorar a rubisco pode ser fundamental para apoiar as necessidades alimentares de uma população global crescente.

O artigo 'Rubisco está evoluindo para melhorar a eficiência catalítica e a assimilação de CO 2 nas plantas' foi publicado no PNAS .