Abaixo, temos a matéria mostrando trabalhos recentes realizados no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, EUA), mostrando que podem realizar a tarefa de transferirem elétrons entre si, mesmo quando não estão em contato direto.
Bactérias e Archaea transferem elétrons à distância
Eles usam essa transmissão para interagir e absorver o metano no fundo do mar
Microscopia eletrônica (esquerda) e análise nanoSIMS (direita) de folhas de consórcio microbiano.
Imagem: Shawn McGlynn. Fonte: Caltech
Bactérias e arqueobactérias transferem elétrons uns para os outros remotamente, para auxiliar na absorção de metano no fundo do mar. É a primeira vez que a transferência direta de elétrons é observada entre espécies fora do laboratório.
Uma boa comunicação é crucial para qualquer relacionamento, especialmente quando seus membros são separados pela distância. Também é verdade para os micróbios do mar profundo, que devem trabalhar juntos para consumir grandes quantidades de metano liberado das aberturas no fundo do oceano.
Trabalhos recentes realizados no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, EUA) mostraram que esses parceiros microbianos podem realizar essa tarefa mesmo quando não estão em contato direto com outras pessoas, usando elétrons para compartilhar energia longas distâncias.
Esta é a primeira vez que um transporte direto de elétrons - movimento de elétrons de uma célula, através do ambiente externo, para outro tipo de célula - é documentado em microrganismos da natureza. Os resultados foram publicados na revista Nature .
"Nosso laboratório está interessado nas comunidades microbianas do meio ambiente e, especificamente, na simbiose - ou relação mutuamente benéfica - entre os microrganismos que lhes permite catalisar reações que eles não seriam capazes de fazer sozinhos", diz ele nas informações de Caltech o professor de Geobiologia Victoria Orphan, que dirigiu o estudo.
Durante as duas últimas décadas, o laboratório da Orphan se concentrou na relação entre uma espécie de bactéria e uma espécie de arqueobactéria que vivem em agregados simbióticos, consórcios , dentro de infiltrações de metano em águas profundas. Os organismos trabalham juntos em sincronia (que significa "se alimentam juntos") para consumir até 80% do metano emitido pelo fundo do oceano, metano que poderia, de outra forma, contribuir para a mudança climática como um gás de efeito estufa em nossa atmosfera. .
Anteriormente, Orphan e seus colegas contribuíram para a descoberta desta simbiose microbiana, uma associação cooperativa entre archanes chamada metano-oxidantes metano-oxidantes anaeróbios (ou "comedores de metano") e bactérias redutoras de sulfato (organismos que podem "respirar" sulfato oxigênio) que permite que esses organismos consumam metano usando sulfato da água do mar. No entanto, não ficou claro como essas células compartilham energia e interagem na simbiose para executar essa tarefa.
Como esses microrganismos crescem lentamente (eles se reproduzem apenas quatro vezes ao ano) e vivem em contato próximo, tem sido difícil para os pesquisadores isolá-los do ambiente para cultivá-los em laboratório. Assim, a equipe do Caltech usou um submersível de pesquisa, chamado Alvin, para coletar amostras contendo consórcios microbianos oxidantes de metano a partir de sedimentos filtrados no fundo do oceano, o que os trouxe de volta ao laboratório para análise.
Os pesquisadores usaram diferentes pontos de DNA fluorescente para marcar os dois tipos de micróbios e ver sua orientação espacial no consórcio. Em alguns consórcios, Orphan e seus colegas descobriram que as células bacterianas e archaea se misturavam bem, enquanto em outros consórcios, as células do mesmo tipo eram agrupadas em áreas separadas.
Orphan e sua equipe se perguntaram se a variação na organização espacial das bactérias e archaea dentro desses consórcios influenciava sua atividade celular e sua capacidade de consumir metano cooperativamente. Para descobrir, eles aplicaram um "traçador" de isótopo estável para avaliar a atividade metabólica.
Em seguida, a quantidade de isótopo absorvida pelas células archaeais e bacterianas individuais dentro de suas "vizinhanças" microbianas foi medida em cada um dos consórcios, com um instrumento de alta resolução chamado espectrômetro de massa de íon secundário em nanoescala (NanoSIMS). Isso permitiu que os pesquisadores determinassem quão ativas eram as archaea e as bactérias em relação à distância entre elas.
Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que o arranjo espacial das células no consórcio não tinha influência sobre sua atividade. "Como é um relacionamento sinérgico, nós teríamos pensado que as células da interface - onde as bactérias estão em contato direto com as archaea - seriam mais ativas, mas na realidade não vemos uma tendência evidente." O que é realmente notável é que existe células que estão em muitos comprimentos de células longe de seu parceiro mais próximo e que ainda estão ativos ", diz Orphan.
Estatísticas
Para descobrir como bactérias e archaea foram associados, co-autores Grayson Chadwick, um estudante de pós-graduação em geobiologia na Caltech e um ex-pesquisador de laboratório em Orphan, e Shawn McGlynn, um ex-pesquisador de pós-doc, usou estatísticas espaciais para procurar padrões no atividade celular de vários consórcios com diferentes estruturas celulares.
Eles descobriram que as populações de arquéias e bactérias sintróficas dos consórcios tinham níveis semelhantes de atividade metabólica: quando uma população tinha uma atividade alta, os microrganismos parceiros associados também eram igualmente ativos, um tanto consistentes com uma simbiose benéfica.
No entanto, uma análise detalhada da organização espacial das células revelou que nenhum arranjo particular dos dois tipos de organismos, dispersão uniforme ou em grupos separados, estava correlacionado com a atividade das células.
Para determinar como essas interações metabólicas estavam ocorrendo mesmo em distâncias relativamente longas, o co-autor Chris Kempes modelou a relação prevista entre a atividade celular e a distância entre os parceiros sintrópicos que dependem da difusão molecular de um substrato.
Ele descobriu que os metabólitos convencionais - moléculas que antes acreditavam participar desse consumo sinérgico de metano, como o hidrogênio - eram inconsistentes com os padrões de atividade espacial observados nos dados. No entanto, os modelos revisados indicaram que os elétrons provavelmente poderiam fazer viagens de uma célula para outra em grandes distâncias.
"Chris desenvolveu um modelo generalizado de sinergia do oxidante de metano baseado na transferência direta de elétrons, e os resultados do modelo se encaixam melhor com nossos dados empíricos", diz Orphan. "Ele apontou a possibilidade de que essas archaeas estivessem transferindo diretamente elétrons derivados do metano para o exterior da célula, e os elétrons estavam sendo transmitidos diretamente para as bactérias."
Guiados por essa informação, Chadwick e McGlynn buscaram evidências independentes para apoiar a possibilidade de transferência direta de elétrons entre espécies. Bactérias cultivadas, como as do gênero Geobacter , são organismos modelo do processo direto de transferência de elétrons. Essas bactérias usam grandes proteínas em suas superfícies externas, chamadas de citocromos multi-heme, que atuam como "fios" para o transporte de elétrons.
Usando a análise do genoma, juntamente com a microscopia eletrônica de transmissão e um ponto que reage com esses citocromos multi-heme, os pesquisadores mostraram que essas proteínas condutivas também estavam presentes na superfície externa das arquéias que estavam estudando. E essa descoberta, diz Orphan, pode explicar por que o arranjo espacial dos parceiros sintróficos não parece afetar seu relacionamento ou atividade.
"É realmente um dos primeiros exemplos de transferência direta de elétrons entre espécies que ocorre entre microorganismos não cultivados, do meio ambiente, nossa impressão é que isso é mais comum do que você pensa", diz ele.
Orphan acredita que o que eles aprenderam sobre essa relação ajudará a avançar no conhecimento das interações entre espécies microbianas na natureza.
Comunidades distantes
Alguns meses atrás, pesquisadores da Universidade do Havaí em Manoa (EUA) e colegas de outras instituições descobriram que comunidades microbianas de diferentes regiões do Oceano Pacífico mostram ritmos diários surpreendentemente semelhantes em seu metabolismo, apesar de habitarem habitats extremamente diferentes: águas ricas em nutrientes da Califórnia e águas pobres em nutrientes ao norte do Havaí.
Além disso, em ambos os lugares, as bactérias fotoferrófitas dominantes que amam a luz e necessitam de energia solar para ajudá-las a produzir alimentos através da fotossíntese, a partir de substâncias inorgânicas, parecem iniciar um efeito cascata no qual os outros grupos principais de micróbios realizam suas atividades metabólicas de maneira coordenada e previsível.
Fonte: www.tendencias21.net
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