A célula mínima que abala a definição de vida

• Foi descoberto um organismo unicelular com genoma extremamente reduzido, chamando atenção como um caso que leva a repensar a definição de vida
• Esse microrganismo perdeu a maior parte dos genes relacionados ao metabolismo, não conseguindo processar nutrientes nem crescer por conta própria, e depende completamente de uma célula hospedeira
• Os pesquisadores deram a esse archaea o nome de Candidatus Sukunaarchaeum mirabile, que possui um genoma circular de 238 mil pares de bases
• Esse organismo mantém apenas os genes mínimos necessários para a autorreplicação e, embora tenha a maquinaria básica de expressão, como ribossomos, quase não possui função metabólica
• A descoberta amplia os limites mínimos e a diversidade da vida celular e tem implicações para reexaminar a fronteira entre vida e não vida

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Estrutura básica da vida e a nova descoberta

• A célula é a unidade básica da vida, e metabolismo, crescimento e replicação do material genético são considerados funções centrais
  • No entanto, a célula descoberta desta vez carece da maior parte dessas funções
• Esse organismo tem um genoma extremamente pequeno, e os genes ligados ao metabolismo praticamente desapareceram
  • Ele não consegue processar nutrientes nem crescer sozinho, e precisa depender de um hospedeiro ou de uma comunidade celular
• Os pesquisadores avaliam que esse organismo é um caso que abala as definições existentes de vida
  • Ele mostra que uma célula sem metabolismo também pode existir

Como o genoma ultraminúsculo foi confirmado

• A equipe coletou e analisou, em água do Pacífico, um dinoflagelado chamado Citharistes regius
  • Essa alga abriga internamente uma cianobactéria simbiótica
• Durante a análise genômica, foi encontrada a sequência de DNA de um novo archaea
  • Seu tamanho é de 238.000 pares de bases, cerca de metade do menor archaea conhecido até então (Nanoarchaeum equitans)
• Após nova verificação com várias técnicas e softwares, confirmou-se que se tratava de um genoma circular completo
• O novo organismo foi nomeado Candidatus Sukunaarchaeum mirabile
  • O nome combina o deus anão da mitologia japonesa “Sukunabikona” com o latim para “extraordinário”

O espectro das formas quase vivas

• O Sukunaarchaeum possui apenas o mínimo de proteínas ligadas à replicação
  • Genes relacionados ao metabolismo estão quase totalmente ausentes
• Ele pertence ao grupo de archaea DPANN, geralmente conhecidos como simbiontes que se aderem à superfície de células hospedeiras
  • Mas o Sukunaarchaeum tem, mesmo dentro desse grupo, o genoma mais extremamente reduzido
• Alguns pesquisadores analisam que esse organismo tem características parasíticas
  • Ele não fornece produtos metabólicos e obtém recursos do hospedeiro de forma unilateral
• Outras bactérias ultrapequenas, como Carsonella ruddii, têm genomas ainda menores, mas mantêm funções metabólicas para o hospedeiro
  • O Sukunaarchaeum, ao contrário, preservou apenas a função de replicação e perdeu a função metabólica
• Diferentemente dos vírus, ele possui sua própria maquinaria de expressão gênica, como ribossomos
  • Portanto, há uma diferença fundamental em relação aos vírus

Debate sobre a definição de vida

• Os pesquisadores avaliam que o Sukunaarchaeum é incapaz de sobreviver de forma independente
  • No entanto, como organelas celulares (por exemplo, mitocôndrias) também não conseguem sobreviver sozinhas, a fronteira da definição de vida fica ambígua
• A descoberta levanta a questão filosófica e biológica: “a partir de quando algo pode ser chamado de vida?”

Formas mínimas de vida ainda desconhecidas

• Uma parte considerável do genoma do Sukunaarchaeum não corresponde a sequências conhecidas
  • Ela codifica proteínas grandes e pode estar envolvida na interação com o hospedeiro
• Ainda não foi confirmado se o hospedeiro real é C. regius ou outro archaea
  • Também não está claro se ele vive aderido externamente ou em simbiose interna
• Alguns pesquisadores levantam a possibilidade de que, devido à rápida evolução, os genes metabólicos tenham se tornado impossíveis de identificar
• Métodos de análise existentes podem excluir genomas ultrapequenos como se fossem dados incompletos
  • Por isso, organismos semelhantes podem já existir, mas terem passado despercebidos
• Em buscas em bancos de dados oceânicos do mundo todo, não foram encontradas sequências idênticas, mas muitas sequências semelhantes foram detectadas
  • O Sukunaarchaeum pode ser apenas uma parte da enorme diversidade microbiana
  • Microrganismos parasitam uns aos outros e formam uma complexa rede de relações ecológicas

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Comentários do Hacker News

• Esta descoberta é realmente impressionante. Mas este é o menor genoma arqueano (archaeal), não o menor entre todas as bactérias
  O artigo menciona C. ruddii (159 mil pares de bases), mas Nasuia deltocephalinicola parece ser o menor genoma bacteriano conhecido, com 112 mil pares de bases

  • O ponto interessante é que outros organismos ultrapequenos produzem metabólitos para o hospedeiro, mas não conseguem se reproduzir de forma independente
    Já o Sukunaarchaeum descoberto desta vez produz apenas as proteínas necessárias para sua própria replicação e quase não tem funções voltadas ao hospedeiro
    Ou seja, o genoma de 238kbp codifica só as proteínas mínimas necessárias para a replicação, com pouquíssimos genes ligados ao metabolismo
    Em contraste, as bactérias de 159kbp possuem genes de síntese de aminoácidos e vitaminas para o hospedeiro
  • Em termos mais específicos, arqueias se parecem com bactérias, mas pertencem a um domínio da vida completamente diferente
  • A probabilidade de 112 mil pares de bases surgirem por acaso em uma combinação significativa é praticamente zero
    Existem várias hipóteses sobre a origem da vida, mas também é possível que a vida moderna já tenha “devorado” aquele ambiente
    Ou então é preciso considerar cenários ainda mais fundamentais, como a origem panspérmica (panspermia)

• Fico me perguntando se replicação não seria o ato metabólico mais importante de um ser vivo
  O Sukunaarchaeum não consegue sintetizar nutrientes nem crescer sozinho, mas mantém os genes necessários para a replicação
  Ou seja, ele recebe energia e matéria-prima do hospedeiro e ainda assim consegue montar sua própria autorreplicação
  A grande questão é quão “prontas” são as matérias-primas fornecidas pelo hospedeiro e como essa arqueia as utiliza para se replicar

  • Muitos organismos parasitas mostram dependência semelhante. Nem por isso os consideramos “não vivos”
    No fim, a questão é onde traçar o limite do que chamamos de “autônomo”
  • Em certo sentido, esta célula parece uma forma intermediária entre bactéria e vírus
    Assim como os vírus “sequestram” a maquinaria celular do hospedeiro, esta arqueia também depende profundamente do metabolismo do hospedeiro

• Sobre a pergunta “isso não é um vírus?”, o próprio artigo afirma que existem genes que codificam tRNA e rRNA
  Esse é um traço biológico que a distingue claramente de vírus
  O texto original pode ser consultado no artigo do bioRxiv

• O genoma de Carsonella ruddii tem cerca de 159.000 pares de bases (aprox. 40KB), o que dá a sensação de uma espécie de “tamanho mínimo de firmware celular”
  Fico curioso se, em uma célula tão simples, seria possível interpretar completamente a função de cada par de bases
  Seria interessante criar um site interativo para visualizar isso

  • Também fico curioso se geneticistas contam a metilação epigenética (epigenetic methylation) como parte da informação hereditária
  • Esses genomas ultrapequenos parecem uma espécie de versão biológica do sectorlisp

• Segundo o artigo, Candidatus Sukunaarchaeum mirabile é uma nova arqueia com um genoma ultrapequeno de 238kbp
  Isso representa menos da metade do menor genoma arqueano conhecido até agora

  • Para comparar, o menor genoma bacteriano, Nasuia deltocephalinicola, fica na faixa de 139kbp

• A expressão “pesquisadores chocados” na matéria parece exagerada demais
  Soa quase como roteiro de YouTube do ‘Biohacker Lab’

  • Ainda assim, continua sendo uma descoberta realmente surpreendente

• Se as duas propriedades centrais da vida são homeostase (homeostasis) e reprodução (reproduction), então esta célula, por tê-las perdido, poderia ser considerada não viva

  • Mas essa definição é uma visão rígida demais
    Não existe um critério consensual para definir vida; ela costuma ser explicada como um conjunto de características que mantêm e reforçam a própria existência
  • Além disso, essa é uma perspectiva centrada em eucariotos
    A reprodução de organismos unicelulares é muito mais simples e, neste caso, o termo “comensalismo obrigatório (Obligate commensalism)” parece mais apropriado
  • Então como deveríamos classificar a replicação dos vírus? É um sistema em duas etapas com o hospedeiro, e mesmo assim normalmente não os tratamos como vida
  • Na prática, muitos seres vivos terceirizam sua homeostase ao ambiente. Humanos também não conseguem sobreviver sozinhos

• Fico curioso para saber de onde essa arqueia obtém ATP
  Se ela quase não tem função metabólica, é bem provável que dependa totalmente do hospedeiro para obter energia

• Acho que o genoma funciona como uma espécie de “arquivo de configuração (config file)”
  A própria célula já possui uma maquinaria complexa, e o genoma seria apenas um conjunto de flags e valores de configuração para controlá-la
  Ou seja, discutir a complexidade da vida apenas pelo tamanho do genoma pode ser enganoso

• A definição de vida é restritiva demais
  Eu diria que “se algo consegue evoluir por meio de replicação e variação genética, então é vida”
  É difícil aceitar a ideia de que vírus não sejam vivos

  • Mas essa definição também tem problemas
    Animais estéreis ou hemácias sem genes não estariam vivos?
    E por outro lado, algoritmos genéticos ou manuscritos (manuscript) também têm replicação e variação; isso os tornaria vivos?
  • Na verdade, átomos, máquinas e chamas também se encaixariam nessa definição
    No fim, “vida” talvez seja apenas um sistema complexo que usa fluxo de energia para manter e replicar sua forma, sem uma fronteira claramente definida