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Sexta Selvagem: Bt

por Piter Kehoma Boll

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Com o atual aumento do número de alimentos geneticamente modificados e todas as controvérsias que os cercam, você provavelmente ouvir falar de coisas como milho Bt e algodão Bt. Mas você sabe o que Bt significa?

Bt se refere a Bacillus thuringiensis, e esse vai ser nosso camarada de hoje. Uma bactéria gram-positiva, o Bt é encontrado em muitos ambientes, incluindo o solo, a superfície de várias plantas e o intestino de várias espécies de lagartas. Pertencendo ao grânde e heterogêneo gênero Bacillus, o Bt é proximamente relacionado a, e às vezes considerado o mesmo que, Bacillus cereus, que pode causar infecção alimentar, e Bacillus anthracis, a espécie que causa antraz. A principal diferente entre estas três espécies está em seus plasmídeos (pequenos pedaços de DNA no citoplasma de uma bactéria), enquanto a composição de seu cromossomo é basicamente a mesma.

Colônias de Bacillus thuringiensis crescendo em ágar sangue de carneiro.

Como todas as espécies de Bacillus, o Bt pode esporular, isto é, se converter em uma forma adormecida chamada endósporo (às vezes erroneamente chamada de esporo) quando as condições ambientais não são favoráveis. Durante a esporulação, o Bt forma cristais de delta-endotoxinas, um inseticida proteico também chamado de proteínas cristal ou proteínas cry. Proteínas cry são codificadas por genes cry, localizados em plasmídeos e não no cromossomo da bactéria. Quando insetos e nematódeos ingerem esses cristais, eles são desnaturados no ambiente alcalino do intestino do animal e se tornam solúveis. Na fase solúvel, os cristais são digeridos e liberam suas toxinas, que paralizam o trato digestivo e fazem o animal morrer de fome. O número de diferentes proteínas cry no Bt é realmente grande, indicando uma pressão seletiva ainda desconhecida para o desenvolvimento de um mechanismo de defesa tão sofisticado.

Colônia de Bt com coloração Gram sob um aumento de 1000 X. Foto do usuário Dr. Sahay do Wikimedia.

Devido a esse forte efeito inseticida, os endósporos de Br e as proteínas cry têm sido usados para controlar insetos pragas pelo último século. O inseticida geralmente é aplicado como um spray e pode ser comprado sob diferentes nomes. Contudo, devido à seleção natural, as pragas acabam desenvolvendo resistência às toxinas e novas linhagens de Bt são constantemente produzidas para originar novas variedades do inseticida.

Desde os anos 1980, há estudos sobre a produção de organismos geneticamente modificados que incorporam genes do Bt responsáveis pela produção de proteínas cry. Atualmente, os vegetais geneticamente modificados mais amplamente cultivados que contêm genes Bt são o milho Bt e o algodão Bt. Os genes cry do Bt foram introduzidos no DNA destas espécies, permitindo que elas sintetizem proteínas cry. Quando um inseto come as folhas de tais plantas, ele ingere os cristais e morre como se tivesse ingerido os endósporos do Bt. E de fato é isso que acontece. A introdução do milho Bt, por exemplo, reduziu grandemente o ataque de várias pragas do milho, tal como a broca do milho.

Apesar de o uso de Alimentos Geneticamente Modificados (GMOs, da sigla em inglês) ainda ser visto como ruim por muitas pessoas, a maioria dos estudos mostra que eles são relativamente seguros comparados a muitas outras atividades de interferência humana. O milho Bt e o algodão Bt se mostraram seguros para organismos que não são alvo e para o ambiente como um todo. O principal problema com GMOs é o fato de a tecnologia para produzi-los se manter mas mãos de gigantes empresas lucradoras.

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Referências:

Helgason, E.; Økstand, O. A.; Caugant, D. A.; Johansen, H. A.; Fouet, A.; Mock, M.; Hegna, I.; Kolstø, A.-B. (2000) Bacillus anthracisBacillus cereus, and Bacillus thuringiensis — One species on the basis of genetic evidence. Applied and Environmental Microbiology, 66(6): 2627–2630. doi: 
10.1128/AEM.66.6.2627-2630.2000

Schnepf, E.; Crickmore, N.; Van Rie, J.; Lereclus, D.; Baum, J.; Feitelson, J.; Zeigler, D. R.; Dean, D. H. (1998) Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteinsMicrobiology and Molecular Biology Reviews, 62(3): 775–806.

Wikipedia. Bacillus thuringiensis. Disponível e < https://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_thuringiensis >. Acesso em 28 de dezembro de 2018.

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*Creative Commons License Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição e Compartilhamento Igual 3.0 Não Adaptada.

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Sexta Selvagem: H. pylori

por Piter Kehoma Boll

Já apresentei três espécies de bactéria aqui, todas de vida livre ou amiguinhas. Mas todos sabemos que muitas bactérias podem ser um verdadeiro incômodo para nós, humanos, então é hora de mostrar algumas dessas, certo?

Eu decidi começar com uma que eu pensei estar vivendo dentro de mim algum tempo atrás (mas no fim não estava), e esta é a temperamental Helicobacter pylori, que como sempre não tem nome comum, mas ela é comumente chamada de H. pylori pelos médicos, então vou chamá-la assim.

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Micrografia eletrônica de um espécie de H. pylori mostrando os flagelos.

O lugar mais comum para se encontrar a H. pylori é dentro do estômago. Estima-se que mais da metade da população humana tenha essa bactéria vivendo em seu trato gastrointestinal, mas na maioria das vezes isso não afeta sua vida em nada. No entanto algumas vezes as coisas podem ficar feias.

H. pylori é uma bactéria de 3 µm de comprimento com o formato de um bastão retorcido, de onde o nome Helicobacteri, significando “bastão hélice”. Ela também tem um conjunto de quatro a seis flagelos em uma de suas extremidades, o que a faz uma bactéria muito móvel. Pensa-se que o formato torcido, junto com os flagelos, é útil para a H. pylori penetrar o revestimento de muco do estômago. Ela faz isso para escapar do ambiente extremamente ácido no estômago, sempre penetrando em direção a um lugar menos ácido, eventualmente chegando ao epitélio do estômago e às vezes até vivendo dentro das células epiteliais.

De maneira a evitar ainda mais os ácidos, a H. pylori produz grandes quantidades de urease, uma enzima que digere a ureia no estômago, produzindo amônia, a qual é tóxica para humanos. A presença de H. pylori no estômago pode levar a inflamação como uma resposta imune do hospedeiro, o que aumenta as chances das membranas mucosas do estômago e do duodeno serem prejudicadas pelos fortes ácidos, levando a gastrite e eventualmente úlceras.

A associação entre humanos e H. pylori parece ser bem velha, possivelmente tão velha quanto a espécie humana em si, pois suas origens foram traçadas até a África Oriental, o berço do Homo sapiens. Esta bactéria é, portanto, um velho amigo e rival e provavelmente continuará conosco por muitos e muitos anos no futuro.

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Referências:

Linz, B.; Balloux, F.; Moodley, Y. et al. (2007) An African origin for the intimate association between humans and Helicobacter pyloriNature 445: 915–918. https://dx.doi.org/10.1038/nature0556

Wikipedia. Helicobacter pylori. Disponível em < https://en.wikipedia.org/wiki/Helicobacter_pylori >. Acesso em 5 de agsto de 2017.

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Sexta Selvagem: Conan a bactéria

por Piter Kehoma Boll

A maioria das pessoas concordaria que 2016 foi um ano difícil. Então vamos tentar fazer 2017 melhor começando-o com uma espécie durona na Sexta Selvagem, na verdade uma das mais duronas de todas: Conan a bactéria, ou Deinococcus radiodurans.

Um parente da Taq, Conan a bactéria é uma bactéria consideravelmente grande, medindo 1.5 a 3.5 µm de diâmetro e geralmente formando grupos de quatro organismos presos entre si, uma formação conhecida como tétrade. Ela é uma bactéria extremófila, capaz de resistir a ambientes bem inóspitos. Na verdade, Conan a bactéria é um dos organismos mais resistentes à radiação conhecidos até o momento e também pode resistir a extremos de frio, desidratação, vácuo e ácido. Seu nome popular foi baseado no personagem Conan o bárbaro.

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Uma tétrade de Deinococcus radiodurans.

Conan a bactéria foi descoberta em 1956 durante um experimento que tentou esterilizar comida enlatada usando altas doses de radiação. Uma bactéria sobreviveu às altas doses de radiação gama e foi identificada como uma espécie nova.

Mais tarde, um grupo de cientistas sugeriu que o alto grau de radiorresistência era uma adaptação ao ambiente marciano, de forma que essa poderia ser uma bactéria alienígena! Mas isso na verdade é besteira. Conan a bactéria não tem nada significativamente diferente de outras formas de vida na Terra, mas como tal resistência à radiação evoluiu? A radiação de fundo na Terra é muito fraca, de forma que isso não poderia ter surgido por seleção natural.

Os resultados de alguns experimentos publicados em 1996 revelaram que linhagens de D. radiodurans que são suscetíveis à dessecação também são suscetíveis à radiação. Assim, a explicação mais provável é que a alta resistência à radiação é simplesmente um efeito colateral da resistência à dessecação, uma condição muito mais comum no ambiente da bactéria.

O mecanismo que permite Conan a bactéria suportar a radiação é muito complexo, mas inclui a habilidade de reconstruir sequências de DNA de fragmentos, o que é auxiliado pelo fato de cada célula conter quatro cópias do cromossomo bacteriano, de forma que uma sequência parcialmente danificada pode servir de modelo para reparar outra sequência parcialmente danificada.

Nossos camaradinhas minúsculos são sempre cheios de surpresas incríveis!

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Referências:

Mattimore, V., & Battista, J. (1996). Radioresistance of Deinococcus radiodurans: functions necessary to survive ionizing radiation are also necessary to survive prolonged desiccation. Journal of Bacteriology, 178 (3), 633-637 DOI: 10.1128/jb.178.3.633-637.1996

Wikipedia. Deinococcus radiodurans. Available at <https://en.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans&gt;. Access on January 2, 2017.

Zahradka, K., Slade, D., Bailone, A., Sommer, S., Averbeck, D., Petranovic, M., Lindner, A., & Radman, M. (2006). Reassembly of shattered chromosomes in Deinococcus radiodurans Nature DOI: 10.1038/nature05160

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Sexta Selvagem: Geleia-de-bruxa

por Piter Kehoma Boll

Quantas pessoas será que podem dizer que têm uma bactéria que lhes lembre da infância? Bom, pelo menos eu posso dizer que tenho.

Quando eu era criança e comecei a conhecer sobre o incrível mundo dos seres vivos que enchem nosso planeta, eu passava a maior parte do tempo do lado de fora olhando em cada cantinho do quintal e das matas próximas em busca de formas de vida interessantes. E uma que sempre chamou minha atenção era uma estranha massa gelatinosa verde-amarronzada que aparecia no chão na estação chuvosa.

nostoc_commune

Você já encontrou algo assim no chão? Foto do usuário do flickr gailhampshire.*

De início pensei ser algum tipo de alga verde, mas não fui capaz de identificar a espécie. Muitos anos depois eu finalmente descobri o que é, uma colônia de cianobactérias chamada Nostoc commune e comumente conhecida como gelatina-das-estrelas, manteiga-de-bruxa, geleia-de-bruxa, entre outros. Ela é  encontrada no mundo inteiro, dos trópicos até  as regiões polares.

Como em outras cianobactérias, a geleia-de-bruxa é formada por uma colônia de organismos unicelulares conectados em cadeia. Estas estão mergulhadas numa matriz gelatinosa de polissacarídeos que dá à colônia sua aparência gelatinosa.

nostoc_commune

Cadeias de Nostoc commune na matriz de polissacarídeos vistas sob o microscópio. Foto de Kristian Peters.**

Durante períodos secos, as colônias da geleia-de-bruxa dessecam e se tornam uma camada fina inconspícua no solo. Elas podem permanecer neste estado por décadas, talvez séculos, até que as condições ideais retornem.

Em alguns lugares, especialmente no Sudeste da Ásia, a geleia-de-bruxa é consumida como alimento, sendo um alimento tradicional no Ano Novo Lunar Chinês.

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Referências:

Lipman, C. (1941). The Successful Revival of Nostoc commune from a Herbarium Specimen Eighty- Seven Years Old Bulletin of the Torrey Botanical Club, 68 (9) DOI: 10.2307/2481755

Tamaru, Y., Takani, Y., Yoshida, T., & Sakamoto, T. (2005). Crucial Role of Extracellular Polysaccharides in Desiccation and Freezing Tolerance in the Terrestrial Cyanobacterium Nostoc commune Applied and Environmental Microbiology, 71 (11), 7327-7333 DOI: 10.1128/AEM.71.11.7327-7333.2005

Wikipedia. Nostoc commune. Disponível em: < https://en.wikipedia.org/wiki/Nostoc_commune >. Acesso em 19 de setembro de 2016.

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*Creative Commons License
Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição 2.0 Genérica.

**Creative Commons License
Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição e Compartilhamento Igual 3.0 Não Adaptada.

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Bactérias fodonas estão se dando bem na sua máquina de lavar

por Piter Kehoma Boll

Você provavelmente ouviu falar de bactérias (e arqueias) que vivem em ambientes extremos na Terra, como fontes termais ou algos de salinidade elevada, onde a maior parte das formas de vida morreria horrivelmente em poucos segundos. Nós geralmente pensamos nestes lugares  como existindo em alguma localidade remota, no fundo do mar ou em áreas protegidas longe da civilização.

Mas graças à tecnologia humana este tipo de ambiente está agora disponível em nossas próprias casas, em nossos lava-louças, máquinas de lavar e aquecedores de água.

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Buchnera, um gênero de bactérias encontrado no intestino de pulgões (vistas como vários círculos manchados dentro da célula intestinal aqui) foi encontrado em ambientes de temperaturas extremas em residências. Foto de J. White e N. Moran.*

Em um estudo recente publicado na PeerJ, um grupo de cientistas examinou a comunidade de microrganismos vivendo em vários ambientes caseiros e descobriu que muitas espécies proliferam em ambientes com altas temperaturas, pH extremo e concentrações extremas de certos compostos químicos.

Alguns achados foram bem incomuns… Por exemplo, uma bactéria encontrada em lugares de temperaturas extremas foi Buchnera, um gênero geralmente associado com o intestino de pulgões.

Você pode ler o artigo completo aqui.

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Referência:

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*Creative Commons License
Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons de Atribuição 2.5 Genérica.

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Sexta Selvagem: Taq

por Piter Kehoma Boll

É hora de começarmos a olhar para as pequeninas criaturinhas vivendo conosco neste mundo. Não apresentamos nenhuma bactéria ainda, então aqui vem a primeira, a magnífica Taq!

Taq é uma abreviatura de Thermus aquaticus, o nome científico da bactéria. Ela foi inicialmente descoberta em fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, nos EUA, mas certamente ninguém imaginaria como ela impactaria a ciência como um todo.

O Great Fountain Geyser no Parque Nacional de Yellowstone está localizado perto do local onde a Taq foi inicialmente encontrada. Foto de Paul Kordwig.*

O Great Fountain Geyser no Parque Nacional de Yellowstone está localizado perto do local onde a Taq foi inicialmente encontrada. Foto de Paul Kordwig.*

Geralmente possuindo um formato de pequeno bastão com menos de 1µm de diâmetro e até 10 µm de comprimento, a Taq pode atingir mais de 200 µm de comprimento quando adquire um formato de filamento. Vivendo em fontes termais no mundo todo, ela prolifera a cerca de 70°C. Ela produz seu próprio alimento via quimiossíntese ao oxidar elementos inorgânicos do ambiente, mas também pode se associar a cianobactérias vivendo no mesmo habitat para obter alimento de sua fotossíntese.

Taq sob o microscópio. A escala corresponde a 1µm. Foto de Diane Montpetit.

Taq sob o microscópio. A escala corresponde a 1µm. Foto de Diane Montpetit.

Mas que impacto ela teve na ciência? Bem, por viver em temperaturas tão altas, as proteínas da Taqq precisam de temperaturas mais altas para desnaturar, assim elas são úteis para realizar processos bioquímicos em altas temperaturas, tal como amplificação de DNA.

A PCR (sigla em inglês para Reação em Cadeia da Polimerase) é um processo usado para amplificar segmentos curtos do DNA de um organismo. Ela precisa ser realizada em temperaturas elevadas de maneira a desnaturar a cadeia de DNA de forma que os primers possam se alinhar. Primers são fragmentos de DNA modificado muito curtos que determinam o início e o fim dos segmentos que se quer amplificar. Amplificar um segmento de DNA significa produzir uma grande quantidade de cópias desse segmento. O problema em PCRs mais antigas é que as temperaturas altas necessárias para desnaturar o DNA também desnaturam a enzima que produz as cópias, chamada de DNA polimerase. Como resultado, havia a necessidade de adicionar a enzima ao final de cada ciclo de desnaturação termal. A DNA polimerase da Taq, chamada de Taq polimerase, pode resistir às altas temperaturas da desnaturação, de forma que ela só precisa ser adicionada uma vez.

Graças à Taq polimerase, a amplificação de DNA se tornou um processo muito mais eficiente, acelerando pesquisas em biologia molecular.

Às vezes a revolução começa com as coisas mais pequeninas.

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Referências:

Brock, T. D. 1997. The value of basic research: discovery of Thermus aquaticus and other extreme thermophiles. Genetics, 146(4): 1207-1210.

Wikipedia. Thermus aquaticuss. Disponível em: <https://en.wikipedia.org/wiki/Thermus_aquaticus&gt;. Acesso em 21 de janeiro de 2016.

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