Carl Woese: biografia, taxonomia, outras contribuições, obras - Ciência - 2023

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Carl Woese (1928-2012) foi um renomado microbiologista americano cujo trabalho revolucionou a compreensão do mundo microbiano, bem como a forma como percebemos as relações de toda a vida na Terra.

Mais do que qualquer outro pesquisador, Carl Woese concentrou a atenção do mundo científico em um mundo microbiano intangível, mas dominante. Seu trabalho tornou possível compreender e analisar um reino que se estende muito além das bactérias patogênicas.

Por meio de suas obras, Woese desenvolveu uma compreensão do desenvolvimento da vida; Isso foi conseguido através da sequência de genes de seres vivos, mostrando assim que a história evolutiva pode ser rastreada até um ancestral comum.

Além disso, durante esta investigação, Woese descobriu o terceiro domínio da vida conhecido como o arcos.

Biografia

Carl Richard Woese nasceu em 1928 em Syracuse, Nova York. Ele estudou matemática e física no Amherst College em Massachusetts e obteve um PhD. em biofísica na Universidade de Yale em 1953.

Woese recebeu seu treinamento de pesquisadores renomados e ganhadores do Nobel, como seu instrutor graduado, o biofísico Ernest Pollard, que também foi aluno do ganhador do Prêmio Nobel de física James Chadwick.

O interesse de Woese na origem do código genético e dos ribossomos se desenvolveu enquanto trabalhava como biofísico no Laboratório de Pesquisa da General Electric. Posteriormente, em 1964, o biólogo molecular americano Sol Spiegelman o convidou para ingressar no corpo docente da Universidade de Illinois, onde permaneceu até sua morte (2012).

O lado humano de Woese

De acordo com seus colegas próximos, Woese era profundamente dedicado ao seu trabalho e era muito responsável por sua pesquisa. Porém, muitos afirmam que o microbiologista se divertia ao fazer seu trabalho. Além disso, seus colegas o descreveram como uma pessoa brilhante, engenhosa, honesta, generosa e humilde.

Prêmios e distinções

Ao longo de seus anos de pesquisa, ele recebeu muitos prêmios e homenagens, como a MacArthur Fellowship. Ele também foi membro da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos e da Royal Society.

Em 1992, Woese recebeu a Medalha Leeuwenhoek da Real Academia Holandesa de Artes e Ciências - considerada o maior prêmio em microbiologia - e em 2002 ele recebeu a Medalha Nacional de Ciência dos Estados Unidos.

Da mesma forma, em 2003 ele recebeu o Prêmio Crafoord da Real Academia Sueca de Ciências em Biociências, um prêmio paralelo ao Prêmio Nobel.

Determinando avanços científicos para a visão de Woese

Na década de 1970, a biologia classificou os seres vivos em cinco grandes reinos: plantas, animais, fungos, procariotos (ou bactérias), células simples sem estrutura interna e eucariotos que possuem um núcleo e outros componentes em suas células. .

No entanto, os avanços na biologia molecular permitiram a Woese ter um olhar diferente sobre os fundamentos da vida na Terra. Assim, ele mostrou que a vida em cada um dos cinco reinos tem a mesma base, a mesma bioquímica e o mesmo código genético.

O código genético

Após a descoberta dos ácidos nucléicos, Ácido Desoxirribonucléico (DNA) e Ácido Ribonucléico (RNA), determinou-se que o código genético está armazenado nessas duas macromoléculas. Uma característica essencial do DNA e do RNA é que eles são compostos de repetições de moléculas menores conhecidas como nucleotídeos.

Graças a isso, foi possível estabelecer que a grande diversidade da vida se deve às diferenças nos componentes dos nucleotídeos dessas duas moléculas.

Nesse sentido, as contribuições de Woese sobre como entender e determinar a estrutura do RNA foram essenciais. Depois de conduzir essas investigações, Woese tornou-se especialmente interessado no estudo da evolução do código genético.

Taxonomia molecular

Carl Woese estudou um determinado conjunto de informações genéticas encontradas na chamada RNA mitocondrial 16s. A sequência genética desse RNA tem a peculiaridade de aparecer nos genomas de todos os seres vivos e ser altamente conservada, o que significa que evoluiu lentamente e pode ser usada para rastrear mudanças evolutivas por um longo tempo.

Para estudar o RNA, Woese usou a tecnologia de sequenciamento de ácido nucléico, que ainda era muito primitiva durante os anos 1970. Ele comparou as sequências de RNA ribossômico (rRNA) de vários organismos, principalmente bactérias e outros microorganismos.

Mais tarde, em 1977, junto com George Fox, ele publicou a primeira árvore filogenética da vida com base científica. Este é um mapa que revela a organização da vida em grande escala e o curso da evolução.

Os três domínios

O modelo de evolução usado antes do trabalho de Woese indicava que os seres vivos eram classificados em dois grandes grupos: procariotos e eucariotos. Além disso, ele apontou que os procariontes deram origem a eucariotos mais modernos.

No entanto, Woese sequenciou e comparou os genes de rRNA de diferentes seres vivos e descobriu que quanto maior a variação na sequência do gene de dois organismos, maior sua divergência evolutiva.

Essas descobertas permitiram-lhe propor as três linhas evolutivas, chamadas domínios: Bactérias e Archaea(representando células procarióticas, ou seja, sem núcleo), eEukarya(células eucarióticas, com núcleos).

Dessa forma, Woese estabeleceu que o conceito de procariotos não tinha justificativa filogenética e que os eucariotos não se originavam de bactérias, mas eram um grupo irmão das arqueas.

A árvore filogenética da vida

Os três domínios foram representados em uma árvore filogenética, onde as diferenças evolutivas são mostradas. Nessa árvore, a distância entre duas espécies - traçadas ao longo das linhas que as conectam - é proporcional à diferença em seu rRNA.

Da mesma forma, aqueles amplamente separados na árvore são parentes mais distantes e, combinando uma grande quantidade de dados, é possível estimar as relações entre as espécies e determinar quando uma linha divergiu da outra.

Outras contribuições

Os trabalhos e descobertas de Woese tiveram um impacto profundo na maneira de entender o desenvolvimento da ecologia microbiana da terra e do corpo humano; mesmo fora dos domínios terrestres.

Contribuições para a ecologia da Terra

Ecossistemas microbianos são a base da biosfera da Terra, e antes que a estrutura filogenética baseada em sequência de Woese fosse desenvolvida, não havia uma maneira significativa de avaliar as relações dos micróbios que compõem o mundo natural.

A descoberta de Woese demonstrou que toda a vida na Terra descende de um estado ancestral que existia 3,8 bilhões de anos atrás, com os elementos-chave da célula moderna já estabelecidos.

Desta forma, a disciplina de ecologia microbiana foi impulsionada de um estado de morte para um dos campos mais vibrantes da biologia com ramificações importantes para a medicina, como demonstrado pelo Projeto Microbioma Humano.

Projeto Microbioma Humano

O Projeto Microbioma Humano foi proposto em 2008 pelo Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (NIH), com as descobertas de Woese sendo a base fundamental deste projeto.

O principal objetivo desta grande iniciativa é identificar e caracterizar as comunidades microbianas presentes no corpo humano e procurar as correlações entre a dinâmica das populações microbianas, a saúde humana e as doenças.

Exobiologia

A exobiologia tenta reconstruir a história dos processos e eventos envolvidos nas transformações dos elementos biogênicos, desde suas origens na nucleossíntese até sua participação na evolução darwiniana no sistema solar.

Consequentemente, a exobiologia aborda os aspectos fundamentais da biologia por meio de um estudo da vida fora da Terra. Uma teoria geral surge então para a evolução dos sistemas vivos a partir da matéria inanimada.

Os conceitos de Woese foram incorporados pela NASA em seu programa de exobiologia e nas filosofias de seus programas para as missões que foram lançadas a Marte para procurar sinais de vida em 1975.

Principais trabalhos

Seus trabalhos mais importantes estão listados abaixo:

- Evolução da complexidade macromolecular (1971), onde um modelo unificado para a evolução da complexidade macromolecular é apresentado.

- Evolução bacteriana (1987). Este trabalho é uma descrição histórica de como a relação entre microbiologia e evolução começa a mudar os conceitos sobre a origem das espécies na Terra.

- O ancestral universal (1998). Ele descreve o ancestral universal como uma comunidade diversa de células que sobrevive e evolui como uma unidade biológica.

- Interpretando a árvore filogenética universal (2000). Este trabalho refere-se a como a árvore filogenética universal não apenas abrange toda a vida existente, mas sua raiz representa o processo evolutivo antes do surgimento dos tipos de células atuais.

- Sobre a evolução das células (2002). Neste trabalho, Woese apresenta uma teoria para a evolução da organização celular.

- Uma nova biologia para um novo século (2004). É uma abordagem da necessidade de uma mudança nas abordagens da biologia à luz das novas descobertas do mundo vivo.

- Evolução coletiva e código genético (2006). Apresenta uma teoria dinâmica para a evolução do código genético.

Referências

Woese C, Fox GE. (1977). Estrutura filogenética do domínio procariótico: os reinos primários. Obtido em 11 de novembro de: ncbi.nlm.nih.gov
Woese C. (2004). Uma nova biologia para um novo século. Revisões de microbiologia e biologia molecular. Obtido em 12 de novembro de: ncbi.nlm.nih.gov
Rummel J. (2014). Carl Woese, Dick Young e as raízes da astrobiologia. Obtido em 13 de novembro de: ncbi.nlm.nih.gov
Goldenfeld, N., Pace, N. (2013). Carl R. Woese (1928-2012). Obtido em 13 de novembro de: science.sciencemag.org
Human Microbiome Project, HMP. Obtido em 13 de novembro em: hmpdacc.org.
Dick S, Strick J. (2004). O universo vivo: NASA e o desenvolvimento da astrobiologia. Obtido em 12 de novembro de: Google Scholar
Klein H. (1974). Autexperimentos de detecção de vida automatizados para a missão Viking a Marte. Obtido em 12 de novembro de: nlm.nih.gov