Parceria microbiana estranha mostra como a vida complexa pode ter evoluído

Micróbios de uma baía remota na Austrália Ocidental parecem se conectar com tubos minúsculos, formando um relacionamento que pode refletir um passo antecipado em a evolução da vida complexa.

Em Shark Bay, ou Gathaagudu na língua indígena Malgana, os micróbios formam comunidades de várias camadas más tapetes microbianos. É um ambiente severo atingido por marés e oscilações de temperatura, mas essas comunidades de bactérias e outro tipo de organismo de célula chamado Archaea sobreviveram aqui por dezenas de milhares de anos. Eles costumam viver em simbiose, construindo suas comunidades em formações sedimentares em camadas chamadas estromatólitos.

“Os tapetes se formam em condições hiper-salinas com altos níveis de UV. Eles são atingidos por ciclones. Praticamente tudo parece esmagar essas coisas, mas eles ainda parecem ficar por aqui”, diz Brendan Burns na Universidade de Nova Gales do Sul, em Sydney.

São análogos modernos de como as comunidades de micróbios podem ter vivido juntos bilhões de anos atrás, quando a vida complexa evoluiu, diz ele. Isso é teorizado por ter acontecido quando bactérias e archaea se tornaram tão mutuamente dependentes um do outro que o Bactérias acabaram vivendo dentro da Archaeacriando células mais complexas conhecidas como eucariotos.

Burns e seus colegas trouxeram algumas dessas comunidades de esteiras microbianas de volta ao seu laboratório e tentaram cultivar os organismos em condições de alto sal e oxigênio.

Eles acabaram com uma cultura de apenas uma espécie de bactérias, Stromatodesulfovibrio nilemahensise um recém -chamado Archaeon, Nerearchaeum marumarumayaede um grupo chamado Asgard Archaea. Essas archaea têm o nome do lar dos deuses na mitologia nórdica e são considerados os parentes vivos mais próximos das células eucarióticas, que compõem nosso corpo e os de outros animais e plantas.

“Esses organismos parecem estar interagindo diretamente entre si e trocando nutrientes”, diz o membro da equipe Iain Duggin na Universidade de Tecnologia Sydney. A equipe não tem evidências diretas para isso, mas eles têm sequências completas do genoma, que lhes permitem inferir como os metabolismos de ambos os organismos funcionam.

O sequenciamento mostrou que a bactéria faz aminoácidos e vitaminas, e o Archaeon produz hidrogênio e compostos como acetato, formato e sulfita. Ambos os conjuntos de produtos não são fabricados pelas outras espécies, mas seriam necessários por eles.

Os pesquisadores também viram dicas de que as duas espécies estavam interagindo diretamente. “O que observamos é o que estamos chamando de nanotubos”, diz Duggin. “Pequenos tubos que parecem ser feitos pela bactéria e se conectam diretamente à parte externa da célula de Asgard”.

No que pode ter sido parte da cooperação, as células Archaeon produziram cadeias de vesículas, estruturas semelhantes a saco que as células usam para transportar moléculas, ligadas por fibras extracelulares. Duggin diz que as pequenas vesículas do Archaeon parecem estar interagindo com os nanotubos gerados pela bactéria.

“Os nanotúbulos podem ser muito magros para serem condutores, mas podem ajudar a unir as células em uma espécie de união multicelular que lhes permite compartilhar melhor os recursos”, diz Duggin.

Os pesquisadores também encontraram seqüências de genoma que codificam proteínas que nunca foram vistas antes e uma proteína com cerca de 5500 aminoácidos de comprimento, o que é muito grande para uma espécie archaeal, com semelhanças com proteínas nos músculos humanos. “Não estou assumindo que seja uma proteína muscular humana, mas sugere que a evolução dessas proteínas poderia ter começado há muito tempo”, diz o membro da equipe Kate Michie na Universidade de Nova Gales do Sul.

“O que eu acho mais interessante são essas conexões diretas por nanotubos entre as bactérias e os archaea”, diz Puri López-García na Universidade de Paris-Saclay, na França. “Isso não foi observado em culturas anteriores”.

No entanto, é difícil saber o que as bactérias e as archaea estão realmente fazendo, diz Buzz Baum no Laboratório MRC de Biologia Molecular em Cambridge, Reino Unido. “Bactérias e Archaea estão em guerra e paz entre si”, diz ele. “Eles estão se tocando, compartilhando, lutando e quem sabe o que está acontecendo.”

Duggin acha que, neste caso, é mais provável que seja paz do que guerra. “Como esses organismos acabaram juntos em nossas culturas depois de quatro ou mais anos, achamos que não se importam com a companhia um do outro e provavelmente se dão muito bem”, diz ele.

Burns e seus colegas propõem que o que eles viram pode refletir um passo precoce na evolução das células eucarióticas nos tapetes microbianos, que Roland Hatzenpichler Na Universidade Estadual de Montana, diz que pode ser possível.

“Os resultados do estudo mostram que o recém-encontrado Archaea interage diretamente com bactérias redutoras de sulfato, o que poderia fornecer uma força motriz a uma interação muito mais próxima-e, finalmente, possivelmente obrigatória (dependente)-“, diz ele.

Pode não ser o que aconteceu há mais de 2 bilhões de anos atrás, diz López-García. “Estas são arqueias modernas e bactérias modernas, embora as lamas microbianas em que vivem possam ser consideradas análogos de alguns ecossistemas passados”.

Podemos nunca saber até que ponto os micróbios modernos se assemelham às células que fizeram parceria para formar a célula proto-ecariótica, diz Hatzenpichler. “Mas agora estamos em uma posição melhor do que nunca para abordar a verdade.”

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