MICROBIOLOGISTAS LEVARAM 12 ANOS PARA CULTIVAR UM MICRORGANISMO LIGADO ÀS ORIGENS DA VIDA COMPLEXA.

Os cientistas esperam que uma arqueia possa ajudar a responder como a vida multicelular evoluiu.

Os cientistas passaram mais de uma década cultivando esse microrganismo, que eles denominaram Prometheoarchaeum syntrophicum, a partir de sedimentos do fundo do mar.

Escondido em um pequeno ambiente submarino 2.500 metros abaixo da superfície do Pacífico em 2006, o microbiologista Hiroyuki Imachi examinou o fundo do oceano em busca de sinais de vida microbiana.

Enquanto o submarino flutuava sobre o fundo do Nankai Trough do Japão – um viveiro de microrganismos pouco estudados que vivem de metano borbulhando de falhas tectônicas – Imachi avistou um ninho de pequenas amêijoas contra uma esteira microbiana esbranquiçada, sugerindo uma infiltração ativa de metano abaixo. O braço robótico do submersível mergulhou um tubo de 25 centímetros no sedimento cinza-escuro para recuperar um núcleo de lama.

Levaria mais 12 anos de trabalho de laboratório para Imachi e seus colegas isolarem um prêmio que eles nem se propunham a encontrar – um microrganismo unicelular de uma antiga linhagem de Archaea, um domínio da vida superficialmente semelhante a bactérias. Essa descoberta pode ajudar os biólogos a reconstruir um dos maiores saltos da vida em direção à complexidade, de simples organismos semelhantes a bactérias a eucariotos mais complicados, o enorme grupo de criaturas portadoras de cromossomos que inclui seres humanos, ornitorrincos, fungos e muitos outros.

“A paciência é muito importante para se fazer uma ciência bem-sucedida”, diz Imachi, da Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Terra-Marinha em Yokosuka. Ele e seus colegas publicaram suas descobertas na Nature, com entusiasmo aclamado por outros microbiologistas. “Eu sou muito sortudo.”

O navio de pesquisa japonês Shinkai 6500 mergulhou 2.500 metros na calha Nankai, na península do Kii do Japão, para provar a diversidade microbiana no sedimento em torno de uma infiltração de metano em 2006. Jamstec

Muitos cientistas pensam que uma refeição incomum deu início à evolução de células mais complicadas cerca de 2 bilhões de anos atrás. Uma arqueia antiga, diz a teoria, devorou ​​uma bactéria que, em vez de jantar, provocou uma relação simbiótica em um processo chamado endossimbiose. Eventualmente, a bactéria evoluiu para mitocôndrias, as estruturas celulares produtoras de energia que alimentaram a ascensão de uma vida complexa.

Restos vivos de linhagens de arqueias antigas persistem em alguns dos ambientes mais extremos da Terra, e os cientistas estão explorando esses pontos quentes microbianos em busca de pistas sobre o ancestral de todos os eucariotos. Um desses ambientes é o fundo do mar. Apesar de constituir cerca de 65% da superfície da Terra, os biólogos têm apenas uma imagem fraca das multidões microbianas que prosperam lá. O sequenciamento genético da lama dragada deu aos biólogos uma maneira de estudar essas comunidades de bactérias e arqueias, adaptadas de maneira exclusiva ao frio, sem oxigênio. Mas os genes podem revelar apenas muito.

Assim, os cientistas procuram cultivar culturas de micróbios no laboratório para estudar como esses organismos se parecem e como se comportam. Mas micróbios extremos apresentam desafios únicos. Simplesmente colocar esses organismos em uma placa de Petri, fornecendo nutrientes e aguardando crescimento, nunca funcionou – possivelmente porque os cientistas não estavam efetivamente recriando o ambiente extremo dos micróbios, diz Masaru Nobu, microbiologista do Instituto Nacional de Indústria Industrial Avançada. Ciência e Tecnologia em Tsukuba, Japão, que ingressou no projeto de Imachi após o seu início.

Então Imachi, Nobu e seus colegas tentaram recriar uma infiltração de metano no laboratório, inspirando-se em um biorreator usado para tratar esgotos municipais. A equipe injetou gás metano em uma câmara cilíndrica de um metro de altura, mantida a 10°Celsius e empilhada com esponjas de poliuretano que imitam sedimentos porosos do fundo do mar. Um fluxo lento e constante de água do mar artificial manteve as esponjas saturadas.

A equipe então diluiu uma porção de lama do núcleo de sedimentos de Nankai Trough, ensopou a lama com as esponjas, empilhou-as no reator – e esperou.

“Havia muito nervosismo”, diz Nobu, em dezembro de 2006. “Não sabíamos se conseguiríamos o que queríamos”.

A cada ano, os pesquisadores sequenciavam genes de microrganismos nas esponjas. Após um primeiro par de anos voláteis, a comunidade microbiana começou a se estabilizar e crescer. “A maioria dos organismos que estavam ativos no reator eram organismos que realmente eram ativos no ambiente natural”, diz Nobu. Com uma comunidade estável de milhares, senão dezenas de milhares, de diferentes tipos de micróbios, a equipe poderia tentar escolher e cultivar estirpes individuais.

As amostras do reator foram colocadas em 200 frascos de vidro, cada um preenchido com uma fonte de energia diferente e um coquetel de antibióticos para eliminar as bactérias e permitir o crescimento de diferentes arqueias.

A equipe teve seu primeiro momento “eureca” em 2011, detectando uma novidade arcaica para a ciência que eles chamavam de MK-D1 em números muito baixos em meio a numerosas cepas bacterianas em uma garrafa. Mas cada vez que a equipe tentava isolar a arqueia em uma nova garrafa, o microrganismo simplesmente não crescia. Meses de tentativa e erro seguidos. “Foi realmente frustrante”, diz Nobu.

Então, os pesquisadores tiveram uma ideia: talvez o microrganismo estivesse realmente crescendo, mas em um ritmo lento, resultado de sua casa em alto mar. “Está muito frio lá em baixo, não há muita energia”, diz Nobu.

Assim, a equipe mediu o crescimento com uma técnica mais sensível, chamada PCR quantitativa, que pode quantificar a abundância dos odores do DNA. Com certeza, o MK-D1 estava lá e crescendo, apenas mais lentamente do que qualquer outro micróbio unicelular já cultivado. E. coli, por exemplo, pode se replicar em cerca de 20 minutos. O MK-D1 leva duas a três semanas para ser dividido.

“Nenhum microrganismo que conhecíamos cresceu tão lentamente”, diz Nobu. “Entender isso foi uma revelação.”

Enquanto isso, outra descoberta de arqueias em 2015 abalou o mundo da ecologia microbiana. Um novo grupo chamado de arqueias de Asgard foi descoberto a partir de material genético extraído de uma abertura hidrotermal no Oceano Ártico. Os Asgards têm muitos genes eucarióticos, levando alguns cientistas a argumentar que os Asgards são os parentes vivos mais próximos da arqueia antiga que podem ter criado toda a vida complexa na Terra.

Os microbiologistas Masaru Nobu (esquerda) e Hiroyuki Imachi posam em frente ao biorreator que costumavam cultivar micróbios a partir de sedimentos retirados do fundo do mar.

Imachi e Nobu ficaram surpresos quando as evidências do DNA confirmaram que haviam passado os nove anos inconscientemente cultivando seu próprio Asgard, o MK-D1. Se pudesse ser isolado, a equipe de Imachi seria a primeira a vislumbrar um membro vivo desse grupo emocionante, mas misterioso.

Os pesquisadores finalmente fizeram uma cultura estável do MK-D1 prosperar – com um parceiro bacteriano que ele precisa para sobreviver – e em 2018, lançaram seu primeiro olhar ao microscópio. As pequenas esferas arrumadas vistas a princípio pareciam improváveis ​​que fossem o tipo de coisa que pode ter gerado complexidade. Mas, ao longo de meses, os microrganismos ficaram estranhos, como saliências em forma de tentáculos. Imachi “inicialmente pensou que a amostra estava contaminada”, diz ele. Mas a observação foi sólida, levando os pesquisadores a propor um modelo de como esses tentáculos poderiam ter enredado outros microrganismos – um provável primeiro passo na endossimbiose.

A equipe deu ao MK-D1 um nome próprio, Prometheoarchaeum syntrophicum, em homenagem ao deus grego Prometeu que, segundo a mitologia, introduziu fogo na humanidade. Ainda há muito a ser aprendido sobre P. syntrophicum e o que, se houver, pode nos dizer sobre nossas origens. Enquanto isso, Imachi ainda está vasculhando os microrganismos em seu reator.

Como ele diz, ” microrganismos não cultivados estão esperando”.

Fonte: Science News

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