Uma nova descoberta de pesquisadores da Northeastern University revelou aspectos até então desconhecidos da evolução das plantas, com grandes implicações para a criação de novos medicamentos que salvam vidas.

A descoberta dos pesquisadores traçou, pela primeira vez, o caminho genético e molecular que uma planta específica, a semente-da-lua canadense, percorreu para conseguir realizar uma reação química que antes era considerada impossível para uma planta realizar naturalmente: adicionar um átomo de cloro a uma molécula.

As descobertas, publicadas recentemente na Science Advances , apontam para oportunidades de criação de métodos novos e mais eficientes de desenvolvimento de produtos farmacêuticos.

O trabalho encerra "uma história de detetive molecular que levou milhões de anos para ser feita", diz Jing-Ke Weng, professor de química, biologia química e engenharia química na Northeastern, cujo Laboratório Weng liderou o projeto.

"Para entender o que aconteceu no passado que levou ao estado atual das coisas em termos de culturas, países e muitos outros aspectos, contamos com a arqueologia", diz Weng. "O trabalho que realizamos aqui é essencialmente arqueologia molecular."

No centro do trabalho dos pesquisadores está uma enzima chamada decloroacutumina halogenase, ou DAH, que ajuda a semente-da-lua a produzir acutumina, um composto que permite à planta afastar predadores e doenças.

"Descobriu-se que o composto possui algumas propriedades medicinais realmente interessantes", diz Weng. "Ele tem atividade seletiva contra o câncer em células leucêmicas, e alguns outros estudos indicam que pode ter aplicações em neurociência, regulando os receptores GABA para perda de memória."

Como o próprio nome indica, o DAH inclui um átomo de halogênio, neste caso cloro, o que está longe de ser normal para uma planta. A capacidade de uma planta adicionar cloro a uma molécula orgânica é excepcionalmente rara e valiosa: o cloro é frequentemente usado para aumentar a potência e a estabilidade de medicamentos e agroquímicos.

Para Weng e sua equipe, o mistério central era: como exatamente uma planta desenvolve a capacidade de fazer o aparentemente impossível e produzir um composto halogenado como este? A resposta a essa pergunta pode ajudar os cientistas a usar a evolução como modelo para criar suas próprias enzimas projetadas, diz Weng.

Para desvendar esse mistério evolutivo, os pesquisadores foram os primeiros a sequenciar o genoma completo da semente lunar. Isso lhes deu um mapa genético que lhes permitiu rastrear a ancestralidade da semente lunar passo a passo.

"Essa resolução das informações genômicas nos dá o primeiro vislumbre de como esse gene DAH pode surgir, porque podemos identificar exatamente onde esse gene está no genoma", diz Weng.

Eles rastrearam o DAH até um gene encontrado em outras plantas, a flavonol sintase (FLS), dando-lhes a primeira indicação de que o DAH surgiu como uma enzima muito mais comum. Eles puderam então observar como, ao longo de centenas de milhões de anos, a semente lunar passou por uma série gradual de duplicações, perdas e mutações genéticas até chegar ao ponto em que uma enzima antes regular conseguia trocar oxigênio por cloro.

Weng afirma que se trata de um vislumbre da evolução em ação, que também lança luz sobre um caminho até então desconhecido para a evolução das plantas. Entre FLS e DAH na cadeia evolutiva, existem vários outros genes mutados não funcionais, "relíquias evolutivas", explica Weng.

"Não é uma parada de um gene flavonoide para um gene halogenase — foram necessárias várias etapas", diz ele. "Embora não soubéssemos exatamente para que esses intermediários foram usados entre as últimas centenas de milhões de anos, pelo menos isso levou a este processo."

Depois de traçar o caminho evolutivo dessa enzima e identificar mutações específicas que permitiram que ela reescrevesse sua própria química, a equipe de Weng começou a tentar recriar esse processo em seu laboratório.

Seguindo os passos da evolução, Weng afirma que a descoberta de sua equipe pode ajudar a acelerar a transição para "enzimas projetadas", que está sendo desenvolvida em diversas indústrias. As enzimas são vitais para catalisar os processos químicos que auxiliam na criação de novos medicamentos e terapias.

No entanto, muitas empresas farmacêuticas lutam para encontrar a enzima certa para o medicamento certo. A arqueologia molecular que o laboratório de Weng realizou aqui pode fornecer respostas de centenas de milhões de anos atrás para perguntas que temos hoje.

"Uma abordagem é desenvolver essas enzimas com base em nossa compreensão de enzimologia e de como as coisas evoluíram", diz Weng. "O conhecimento adquirido neste caso específico pode realmente nos revelar maneiras de projetar novos catalisadores para a produção de novas moléculas."