A maior parte da vida na Terra fica dormente após acionar um “freio de emergência”
(quantamagazine.org)- Muitos microrganismos e células param de crescer quando o ambiente piora e entram em estado dormente; segundo algumas estimativas, 60% das células microbianas da Terra estão adormecidas em qualquer dado momento
- A nova proteína Balon faz parar imediatamente o ribossomo, a máquina de produção de proteínas das bactérias, e genes relacionados foram encontrados em 20% dos genomas bacterianos registrados
- Fatores de dormência existentes impediam a próxima síntese depois que a síntese de proteínas terminava, mas a Balon interfere até em ribossomos em funcionamento e interrompe a tradução como um freio de emergência
- A Balon se liga perto do A site do ribossomo e consegue entrar e sair rapidamente, facilitando que a célula adormeça em situações de estresse e volte a se ativar quando as condições melhoram
- A dormência não é apenas de bactérias: é uma estratégia de sobrevivência usada em todo o mundo vivo, incluindo óvulos, células-tronco, células imunes, hepatócitos, hibernação de ursos e lisogenia de vírus
O que a Balon paralisa: ribossomos e uso de energia
- Quando as células detectam condições adversas, como fome ou frio, elas produzem proteínas chamadas fatores de dormência para reduzir o metabolismo
- Fatores de dormência desmontam a maquinaria celular ou bloqueiam a expressão gênica; em especial, é importante a classe que para os ribossomos, responsáveis por produzir novas proteínas
- Em uma célula bacteriana em crescimento, a produção de proteínas responde por mais de 50% do uso de energia
- Quando os ribossomos param, a síntese de novas proteínas diminui, e a energia necessária para a sobrevivência básica pode ser poupada
A descoberta da Balon e seu modo de ação
- A Balon foi descoberta em Psychrobacter urativorans, uma bactéria adaptada ao frio obtida do permafrost do Ártico
- Durante um experimento, a cultura ficou tempo demais em um balde de gelo, e as bactérias sofreram choque frio e entraram em estado dormente
- Os pesquisadores extraíram ribossomos das bactérias dormentes e os observaram por cryo-EM, confirmando que uma proteína estava encaixada no A site do ribossomo
- Essa proteína nunca havia sido descrita antes e era semelhante à Pelota, envolvida na degradação e reciclagem de componentes do ribossomo; por isso recebeu o nome Balon, outra palavra em espanhol para bola
- Em um estudo publicado na Nature, confirmou-se que a Balon atua de modo diferente dos fatores de dormência ribossomal existentes
Um “freio de emergência” diferente dos fatores de dormência existentes
- Os fatores de dormência conhecidos que perturbam os ribossomos atuam de forma relativamente passiva
- Esperam até que o ribossomo termine de produzir uma proteína
- Depois impedem o ribossomo de iniciar a síntese de uma nova proteína
- A Balon consegue entrar nos ribossomos dentro da célula, inclusive nos que já estão em funcionamento, e interromper sua atividade
- Fatores de dormência existentes bloqueiam fisicamente o A site do ribossomo, portanto só conseguem se ligar depois que a síntese de proteínas em andamento termina
- A Balon não bloqueia completamente a passagem; ela se liga nas proximidades, permitindo sua inserção e remoção independentemente do que o ribossomo esteja fazendo
- Graças a essa característica, ela pode parar o crescimento celular e depois sair rapidamente, como uma fita cassete
A Balon não é uma exceção rara, mas uma proteína amplamente disseminada
- Ao procurar a sequência genética da Balon, sequências relacionadas foram encontradas em 20% dos genomas bacterianos registrados em bancos de dados públicos
- Os pesquisadores também analisaram duas proteínas bacterianas alternativas desse grupo
- Uma proteína de Mycobacterium tuberculosis, patógeno humano que causa tuberculose
- Uma proteína de Thermus thermophilus, que vive em fontes hidrotermais submarinas de temperatura extremamente alta
- As duas proteínas também se ligaram ao A site do ribossomo, indicando que algumas proteínas aparentadas à Balon podem atuar de forma semelhante em outras espécies bacterianas
- A Balon não está presente em Escherichia coli nem em Staphylococcus aureus, organismos muito usados em estudos de dormência celular
- Ao focar em organismos-modelo de laboratório limitados, pode-se deixar passar táticas de dormência amplamente disseminadas
Dormência em todo o mundo vivo
- Grande parte da vida na Terra tem a capacidade de interromper ou reduzir o metabolismo quando necessário, em vez de continuar aumentando sua atividade
- A bactéria-modelo de laboratório E. coli tem cinco modos distintos de dormência, e cada um deles sozinho já é suficiente para sobreviver em situações de crise
- A dormência não é um fenômeno necessário apenas em situações de fome
- Óvulos humanos permanecem dormentes por décadas até serem fertilizados
- Células-tronco humanas, depois de se formarem na medula óssea, ficam em estado de pausa aguardando sinais do corpo
- Fibroblastos do tecido nervoso, linfócitos do sistema imune e hepatócitos do fígado também entram em fases inativas e sem divisão, para depois voltar a se ativar
- A hibernação de ursos, a lisogenia de herpesvírus, o estágio dauer de vermes, a diapausa de insetos, a estivação de anfíbios e o torpor de aves também são estados dormentes reversíveis quando as condições melhoram
Dormência probabilística e sobrevivência do grupo
- Algumas células entram em dormência ao detectar mudanças ambientais, mas muitas bactérias também usam uma estratégia probabilística
- Em ambientes que mudam aleatoriamente, se nenhuma célula entrar em dormência, uma catástrofe acidental pode eliminar todo o grupo
- Mesmo nas culturas de E. coli mais saudáveis e de crescimento mais rápido, 5% a 10% das células estão em estado dormente
- Essas células dormentes atuam como sobreviventes designados, permanecendo vivas quando células mais ativas e vulneráveis sofrem danos
- Mecanismos de dormência como a Balon se conectam à compreensão de quais espécies conseguem permanecer estáveis ou se recuperar mesmo em meio às mudanças climáticas
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Gosto da história de Karla Helena-Bueno, que esqueceu bactérias do Ártico sobre o gelo por tempo demais e acabou descobrindo um fator comum de hibernação.
Ela mostra claramente aquele padrão mágico que muitas vezes acompanha inovações e descobertas: o acidente fortuito. É algo humano e refrescante, e não acho que seja o tipo de descoberta que o aprendizado de máquina vá tomar completamente de nós.
Em geral, ela é atribuída a Isaac Asimov.
Talvez encontre o mecanismo de hibernação por outro ângulo, não por acidente. Se a AGI se tornar realidade, depois de se alimentar de dados suficientes, talvez diga de um jeito estranho: “isso é interessante”. Gosto de Colossus, um romance que, quase 60 anos atrás, descreveu de forma bastante realista como uma AGI inicial poderia se comportar: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
A limitação atual está mais na capacidade de procurar esses padrões em larga escala do que no conhecimento para reconhecer padrões interessantes.
E a maioria das descobertas aconteceu por acaso.
Isso me lembra o fato de que humanos também já puderam hibernar no passado (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) e (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)
A ideia é algo como: “eles decidiram passar dormindo a pior época do ano dentro de uma caverna relativamente segura e, para isso, abriram mão de nutrição e de vitamina D vinda da luz solar”. No inverno do norte, estar do lado de fora ou dentro de uma caverna não faz tanta diferença para os níveis de vitamina D, e a baixa elevação do sol dificulta de qualquer forma que o corpo produza vitamina D. Por exemplo, os Inuit conseguem obter vitamina D sem luz solar. A falta de nutrição no inverno também pode simplesmente significar que, antes de técnicas avançadas de armazenamento e conservação, havia pouca comida no inverno.
O segundo trata de ancestrais humanos de 400 mil anos atrás, então é algo bem antigo.
Mas fico me perguntando qual seria o objetivo. Provavelmente levaria a uma redução da expectativa de vida e a um aumento no risco de câncer.
A frase “em vez de reclamar do que perdemos enquanto dormimos, podemos vivenciar o sono como um processo que nos conecta a toda a vida na Terra, até os micróbios adormecidos nas profundezas do permafrost ártico” é interessante, mas o fato de os micróbios nas profundezas do permafrost ártico estarem dormindo me deixa mais tranquilo.
Não quero pensar no que aconteceria se eles acordassem.
Se não há um bom motivo para ficar acordado, dormimos e economizamos energia para um momento melhor de vigília. Mas essa explicação não responde por que sonhamos.
Aquilo que pode jazer eternamente não está morto, e em eras estranhas até a morte pode morrer.
Uau, isso parece um mecanismo de avaliação preguiçosa (lazy evaluation) criado pela natureza.
Parece que quase ninguém fala das possibilidades terapêuticas.
Seria bom se pudéssemos colocar infecções bacterianas em estado dormente. O mesmo vale para tumores.
Isso me faz pensar em idosos congelando seus corpos e induzindo um estado dormente, para acordarem quando o mundo estiver melhor.
Eu investiria em uma empresa dessas.
0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
Alguns dias atrás apareceu isto também: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
É uma aposta bem grande sobre se as pessoas do futuro distante verão corpos preservados como um recurso a ser valorizado ou como algo a ser explorado.
Fico pensando se, caso tenha existido vida em Marte, ela teria usado esse tipo de mecanismo de dormência.
Não podemos deixar o público saber que, em sistemas complexos, é totalmente natural muitos indivíduos formarem uma reserva que não faz nada, e que isso não é parasitar a sociedade, mas algo essencial para manter o sistema inteiro vivo.
Consegue fazer isso como um seguro probabilístico contra eventos de extinção em nível populacional e depois ainda ter capacidade de se recuperar? A extrapolação feita a partir do conteúdo real deste artigo é péssima.