O Dr. Jamie McGowan, cientista pós-doutoral no Earlham Institute, estava analisando o genoma de um protista coletado em água doce. O objetivo era prático. Os pesquisadores desejavam testar um pipeline de sequenciamento de DNA capaz de trabalhar com quantidades extremamente reduzidas de DNA, incluindo o DNA de uma única célula.

Em vez disso, a equipe encontrou uma anomalia genética inesperada. O organismo, identificado como Oligohymenophorea sp. PL0344, revelou-se uma espécie desconhecida até então, apresentando uma alteração rara na forma como lê as instruções do DNA e constrói proteínas. O estudo publicado na PLOS Genetics relatou que dois códons, normalmente associados a sinais de término gênico, foram reatribuídos a diferentes aminoácidos, uma combinação que os pesquisadores descreveram como inédita.

“É pura sorte que escolhemos este protista para testar nosso pipeline de sequenciamento, e isso evidencia a diversidade que existe, ressaltando o quão pouco sabemos sobre a genética dos protistas.”

Um Pequeno Organismo Com uma Grande Surpresa Genética

Os protistas são difíceis de definir de forma precisa devido à sua diversidade. Muitos são organismos microscópicos e unicelulares, como amebas, algas e diatomáceas. Outros são muito maiores e multicelulares, como algas gigantes, fungos mucilaginosos e algas vermelhas.

“A definição de um protista é abrangente — essencialmente, é qualquer organismo eucariótico que não seja um animal, planta ou fungo,” disse o Dr. McGowan. “Isso é, obviamente, muito geral, e isso se deve ao fato de que os protistas são um grupo extremamente variável.”

“Alguns estão mais relacionados a animais, outros mais relacionados a plantas. Existem predadores e presas, parasitas e hospedeiros, organismos que nadam e outros que permanecem imóveis, além de seres com dietas variadas enquanto outros realizam fotossíntese. Basicamente, podemos fazer poucas generalizações.”

Oligohymenophorea sp. PL0344 pertence a um grupo denominado ciliados. Esses protistas nadadores podem ser observados sob um microscópio e são encontrados em muitos ambientes aquáticos. Os ciliados tornaram-se especialmente interessantes para os geneticistas, pois são conhecidos como pontos quentes para alterações no código genético, incluindo mudanças que envolvem códons de parada.

Quando Sinais de Parada Genética Mudam de Significado

Na maioria dos seres vivos, três códons de parada indicam ao celular onde um gene termina: TAA, TAG e TGA. Esses trabalham como caracteres de pontuação nas instruções genéticas, sinalizando que a construção de proteínas deve parar.

O código genético é frequentemente descrito como quase universal, pois a maioria dos organismos utiliza as mesmas regras básicas. Variações ocorrem, mas são raras. No pequeno número de variantes conhecidas do código genético, TAA e TAG normalmente mudam juntas e geralmente acabam significando a mesma coisa. Essa padrão sugere que os dois códons estavam evolutivamente ligados.

“Em quase todos os outros casos que conhecemos, TAA e TAG mudam em conjunto,” explicou o Dr. McGowan. “Quando não são códons de parada, cada um especifica o mesmo aminoácido.”

Esse organismo fez algo diferente. Em Oligohymenophorea sp. PL0344, apenas TGA parece funcionar como um códon de parada. Os outros dois sinais foram reaproveitados. TAA especifica lisina, enquanto TAG especifica ácido glutâmico. Os pesquisadores também encontraram mais códons TGA do que o esperado, o que pode ajudar a compensar a perda dos outros dois sinais de parada. O artigo na PLOS Genetics relatou que o restante do códon de parada UGA está enriquecido logo após as regiões codificadoras, sugerindo que pode ajudar a prevenir a transcrição prejudicial quando a tradução vai longe demais.

“Isso é extremamente incomum,” afirmou o Dr. McGowan. “Não estamos cientes de qualquer outro caso em que esses códons de parada estejam vinculados a dois aminoácidos diferentes. Isso quebra algumas das regras que pensávamos conhecer sobre a tradução gênica — esses dois códons eram considerados acoplados.”

“Os cientistas tentam criar novos códigos genéticos — mas eles também estão lá fora na natureza. Existem coisas fascinantes que podemos descobrir, se as procurarmos.

“Ou, neste caso, quando não estamos à procura delas.”

Como as Células Interpretem as Instruções do DNA

O DNA pode ser visto como um conjunto de instruções, mas essas instruções devem ser copiadas e interpretadas antes de terem efeito. Primeiro, um gene é transcrito para RNA. Essa cópia de RNA é então traduzida em aminoácidos, que são ligados para formar proteínas e outras moléculas funcionais.

A tradução começa no códon de início do DNA (ATG) e normalmente termina em um códon de parada (normalmente TAA, TAG ou TGA). Neste ciliado, esse sistema de finalização familiar foi reorganizado. A descoberta mostra que até um dos sistemas mais conservados da biologia pode ser mais flexível do que se esperava.

A análise do genoma e do transcriptoma da equipe também identificou genes de tRNA supressores que correspondem aos códons reatribuídos, apoiando a conclusão de que o organismo realmente lê esses antigos sinais de parada como aminoácidos. No estudo, UAA foi encontrado como codificante de lisina e UAG para ácido glutâmico.

Trabalhos Futuros Mostram que Ciliados Quebram Regras Genéticas

Trabalhos subsequentes fortaleceram a ideia de que os ciliados são fontes de surpresas incomuns no código genético. Em um estudo de 2024 na PLOS Genetics, pesquisadores relataram múltiplas reatribuições independentes do códon de parada UAG em ciliados filofaringeanos. Alguns ciliados não cultivados do conjunto de dados dos Oceanos TARA parecem usar UAG para codificar leucina, enquanto Hartmannula sinica e Trochilia petrani foram encontrados usando UAG para codificar glutamina.

Esse estudo posterior também constatou que UAA continua sendo o códon de parada preferido nesses ciliados filofaringeanos, enquanto UAG tem repetidamente mudado para um papel codificador de proteínas. Os achados indicam mudanças repetidas no código genético entre eucariotos microbianos pouco estudados e reforçam a ideia de que os ciliados são algumas das maiores exceções ao código genético padrão.

Essas descobertas sugerem que o código genético não é tão fixo quanto parecia. Para a maioria dos organismos, as regras permanecem notavelmente estáveis. Mas na vida microbiana frequentemente negligenciada, especialmente entre os ciliados, a evolução repetidamente encontrou maneiras de editar as instruções.

Financiamento e Publicação

A pesquisa original foi publicada na PLOS Genetics em 2023. Foi financiada pela Wellcome Trust como parte do Projeto da Árvore da Vida de Darwin e apoiada pelo financiamento básico do Earlham Institute do Conselho de Pesquisa em Biotecnologia e Ciências Biológicas (BBSRC), parte do UKRI. A publicação relatou dados de sequenciamento e recursos de montagem do genoma depositados em repositórios públicos.