Na escola, costumamos aprender que as proteínas são basicamente uma cadeia de aminoácidos que se organizam de forma a criar uma configuração estável para exercer uma determinada função. Porém, nos últimos anos, os biofísicos vêm encontrando cada vez mais evidências de proteínas que conseguem se “reconfigurar” em apenas alguns instantes para atender a diferentes necessidades do organismo.
Atualmente, existem cerca de 100 proteínas conhecidas que possuem essa habilidade, sendo que elas são capazes de exercer mais de 30 funções biológicas. Essas proteínas metamórficas foram descobertas graças aos avanços da tecnologia, à medida que a microscopia crioeletrônica e a ressonância magnética nuclear de estado sólido, por exemplo, tornaram-se disponíveis.
Um dos estudos mais recentes sobre o assunto foi publicado na Science e conduzido por pesquisadores da Medical College of Winsconsin, que analisaram a evolução histórica da proteína metamórfica humana XCL1. Em uma de suas formas, ela funciona como uma quimiocina, ou seja, uma molécula sinalizadora que recruta os leucócitos para combaterem infecções. Sua habilidade, no entanto, não se limita apenas a isso — ela também consegue mudar de forma e matar bactérias invasoras, agindo como antibiótico.
De acordo com o novo estudo, dentre as 46 quimiocinas presentes no corpo humano, a XCL1 é a única capaz de mudar de forma. O objetivo dos pesquisadores, portanto, era entender o motivo disso e como essa evolução ocorreu.
Para isso, a estudante de graduação Acacia Dishman realizou uma série de procedimentos para identificar as “impressões digitais” das formas da proteína. Os resultados mostraram que o ancestral mais antigo tinha uma única forma estável e que é comum a todas as quimiocinas. Já em uma proteína seguinte na sequência evolucionária reconstruída foram identificadas duas configurações — a mesma da anterior e mais uma nova, mas que parecia ser rara.
Em seguida, uma proteína mais recente na sequência evolucionária mostrou um resultado oposto à anterior: a nova configuração era mais predominantes que a ancestral. Por fim, a XCL 1 moderna exibiu uma proporção igual dos dois tipos de configuração. Diante disso, o biofísico e autor do estudo Brian Volkman afirmou à Quanta Magazine que essas diferenças nas proporções indica que essas propriedades metamórficas “não são um acidente ou defeito. É algo que deve ter sido benéfico e aprimorou a saúde do organismo, porque parece ser algo selecionado.”
No artigo, os pesquisadores ainda citam algumas teorias que podem explicar por que essas proteínas metamórficas podem ser vantajosas. Para começar, isso reduz o trabalho da célula de transcrever, traduzir e manter mais de um gene já que uma única proteína é capaz de exercer duas funções diferentes.
Outro benefício importante é que essa capacidade de transformação da proteína permite que o corpo tenha uma resposta mais dinâmica ao se defender de bactérias. Considerando que a XCL1 consegue transitar entre suas duas formas com uma probabilidade igual, ela é capaz de se transformar mais de uma vez por segundo.
As mudanças vão depender da situação, conforme explicam os autores do estudo. Na presença de patógenos microbianos, por exemplo, a proteína pode alterar o seu equilíbrio e ficar presa na forma necessária para lidar com o invasor, enquanto em outras partes do corpo ela adota a configuração para mobilizar os leucócitos.
Conforme Dishman explicou à Quanta Magazine, isso é algo vantajoso “porque a proteína é capaz de maximizar a função certa no lugar certo e no momento certo”. Ela ainda afirma que “essa regulação espacial e temporal de funções com base em uma mudança na estrutura pode ser uma razão para que as proteínas metamórficas possam evoluir.”
A partir dessa análise, os pesquisadores estudam a possibilidade de criar proteínas metamórficas que não existem na natureza. Esse tipo de trabalho, no entanto, não será fácil, visto que criar sequências de aminoácidos que adotam uma única forma já é difícil. Aumentar isso para duas configurações com probabilidades iguais será ainda mais desafiador. Porém, diante das vantagens oferecidas por essas proteínas metamórficas, o esforço pode valer a pena.