Arquivo da categoria: Bactérias

Sexta Selvagem: Bactéria-de-Barata-Comum

por Piter Kehoma Boll

Bactérias são encontradas em quase todos os lugares do nosso planeta e são essenciais para a sobrevivência de todas as outras formas de vida, incluindo as fascinantes, e para alguns nojentas, baratas. Um gênero especial amigo das bactérias possui o apropriado nome Blattabacterium, cuja espécie mais bem conhecida é Blattabacterium cuenoti, a qual decidi chamar de “bactéria-de-barata-comum”.

Esta interessante espécie, como todas as outras espécies de Blattabacterium, é um endossimbionte obrigatório de baratas, o que significa que só pode existir dentro de células de baratas. Mais especificamente, a bactéria-de-barata-comum vive dentro das células dos corpos de gordura das baratas, isto é, seu tecido adiposo. Ela foi encontrada vivendo dentro de todas as espécies de baratas examinadas até hoje com exceção do gênero Nocticola. Ela também é encontrada dentro do cupim Mastotermes darwinensis porque, caso você ainda não saiba, cupins não são nada mais que baratas altamente especializadas. Assim, acredita-se que esta bactéria “infectou” pela primeira vez o ancestral de todas as baratas modernas cerca de 140 milhões de anos atrás e foi perdida em apenas duas linhagens, a de Nocticola e a dos cupins.

Células de Blattabacterium cuenoti mostradas em vermelho (acima) e cinza (abaixo). As áreas em ciano da imagem de baixo representam o núcleo das células da barata. Extraído de  Sabree et al. (2009).

Apesar de muitas baratas serem generalistas, sendo capazes de comer quase tudo, a dieta principal de todas as espécies consiste em matéria vegetal em decomposição e este é um alimento relativamente pobre em nitrogênio. Então, de modo a aumentar o consumo de nitrogênio, as baratas armazenam ácido úrico, um produto comum do metabolismo de proteínas. A maioria dos animais, incluindo humanos, excreta ácido úrico em sua urina, mas baratas o armazenam em seu tecido adiposo. Assim, pensava-se originalmente que as bactérias-de-barata, por viverem perto das reservas de ácido úrico no tecido adiposo, pudessem usar ácido úrico diretamente como fonte de alimento, mas estudos descobriram que este não é o caso.

Quando necessário, as baratas liberam este ácido úrico e ele é quebrado em ureia ou amônia por bactérias vivendo no intestino. Depois disso, as bactérias-de-barata podem usar estes compostos e sintetizar glutamato, aminoácidos essenciais e vitaminas para a barata.

Como não podem usar ácido úrico diretamente, é um mistério por que as bactérias-de-barata vivem tão perto do lugar onde esta substância é armazenada. Uma sugestão é de que elas eram originalmente capazes de usar ácido úrico, mas perderam esta habilidade por redução do genoma.

As categorias de genes funcionais de Blattobacterium são muito similares àquelas de Blochmannia, uma bactéria endossimbionte de formigas-carpinteiras, as quais também se alimentam de matéria vegetal. Contudo Blochmannia é muito distantemente relacionada a Blattobacterium, sugerindo que seus genomas similares sejam o resultado de evolução convergente causada pelo estilo de vida similar.

Quando algo funciona, a natureza inventa mais de uma vez.

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Mais sobre bactérias:

Sexta Selvagem: Taq (em 22 de janeiro de 2016)

Sexta Selvagem: Geleia-de-Bruxa (em 14 de outubro de 2016)

Sexta Selvagem: Conan a bactéria (em 6 de janeiro de 2017)

Sexta Selvagem: H. pylori (em 8 de setembro de 2017)

Sexta Selvagem: Bacilo-do-feno (em 15 de dezembro de 2017)

Sexta Selvagem: Bactéria-da-raiz-do-amieiro (em 16 de março de 2018)

Sexta Selvagem: Bt (em 1 de fevereiro de 2019)

Bactérias fodonas estão se dando bem na sua máquina de lavar

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Referências:

López-Sanchez MJ, Neef A, Peretó J, Patiño-Navarrete R, Pignatelli M, Latorre A, Moya A (2009) Evolutionary Convergence and Nitrogen Metabolism in Blattabacterium strain Bge, Primary Endosymbiont of the Cockroach Blattella germanica. PLoS Genetics 5(11): e1000721. 10.1371/journal.pgen.1000721

Patiño-Navarrete R, Moya A, Latorre A, Peretó J (2013) Comparative Genomics of Blattabacterium cuenoti: The Frozen Legacy of an Ancient Endosymbiont Genome. Genome Biology and Evolution 5(2): 351–361. https://doi.org/10.1093/gbe/evt011

Sabree ZL, Kambhapati S, Moran NA (2009) Nitrogen recycling and nutritional provisioning by Blattabacterium, the cockroach endosymbiont. PNAS 106(46): 19521–19256. https://doi.org/10.1073/pnas.0907504106

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Sexta Selvagem: Cigarra-Tinidora

por Piter Kehoma Boll

Há mais de 3 mil espécies de cigarra no mundo e elas são frequentemente associadas com o verão, quando se tornam adultas e seus cantos são ouvidos vindo das árvores. Hoje vou focar numa espécie australiana, Psaltoda claripennis, conhecida como em inglês como “clanger cicada”, nome que adaptei como “cigarra-tinidora”.

A cigarra-tinidora é encontrada no leste da Austrália e é comum em Brisbane e arredores, onde é facilmente vista em galhos de árvores, às vezes em grupos. Elas possuem um dorso amarronzado com alguns segmentos escuros, às vezes pretos, no abdome. O lado ventral é pálido, exceto pelo abdome, o qual é marrom, e as pernas, que são amarelas. Os olhos são vermelho-claros a vermelho-amarronzados e as asas são transparentes com nervuras verdes. Os machos medem cerca de 30 mm de comprimento e as fêmeas são ligeiramente menores, com cerca de 25 mm.

Macho (esquerda) e fêmea (direita) de cigarra-tinidora em Brisbane, Austrália. Extraído de brisbaneinsects.com.

Não consegui encontrar muita informação sobre sua história natural. Esta espécie na verdade era só mais uma entre muitas espécies de cigarra até alguns anos atrás quando uma descoberta interessante foi feita.

As asas de cigarras são estruturas lindas e geralmente são muito limpas. De fato, muitas espécies de insetos encontram formas de manter suas asas limpas mesmo em ambientes muito contaminados e uma das razões para isso é que asas de insetos são extremamente hidrofóbicas, isto é, elas repelem água da mesma forma que muitas folhas de plantas. Visto que a água tem dificuldade de se prender às asas, microrganismos associados à água também não conseguem chegar a elas.

Mas as asas da cigarra-tinidora são mais do que só hidrofóbicas. Estudos mostraram que cada célula de bactérias gram-negativas que acaba tocando a superfície da asa se deforma e morre. O mesmo não acontece com bactérias gram-positivas, no entanto. À medida que os estudos progrediram, os pesquisadores passaram a entender o arranjo estrutural das asas. A superfície delas é formada por pilares muito pequenos, com apenas 30 nm de altura, e distantes 170 nm um do outro. Quando uma bactéria gram-negativa cai nos pilares, suas membranas moles começam a escorregar para o espaço entre eles e se esticam o suficiente para romper. A pobre célula acaba como uma massa disforme e morta. Bactérias gram-positivas possuem paredes celulares mais rígidas e são resistentes ao esticamento, mas um tratamento com micro-ondas reduziu a rigidez e permitiu que elas também fossem mortas.

Nanoestrura da asa da cigarra-tinidora e representação de como uma bactéria morre ao tocá-la. Créditos a Pogodin et al. (2013).

Mais pesquisas sobre esta estrutura podem levar ao desenvolvimento de novos materiais que permanecem estéreis mesmo após contato com um patógeno.

Mais uma vez a diversidade de formas de vida nos trouxe maneiras de melhorar a sociedade. Quantas outras coisas úteis estão escondidas nas florestas e nos campos? Preservar os ecossistemas é o melhor para todos os habitantes deste planeta.

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Referências:

Xue F, Liu J, Guo L, Zhang L, Li Q (2015) Theoretical study on the bactericidal nature of nanopatterned surfaces. Journal of Theoretical Biology 385:1–7. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2015.08.011

Hasan J, Webb HK, Truong VK et al. (2013) Selective bactericidal activity of nanopatterned superhydrophobic cicada Psaltoda claripennis wing surfaces. Applied Microbiology and Biotechnologt 97:9257–9262. https://doi.org/10.1007/s00253-012-4628-5

Pogodin S, Hasan J, Baulin VA et.al. (2013) Biophysical Model of Bacterial Cell Interactions with Nanopatterned Cicada Wing Surfaces. Biophysical Journal 104(4): 835–840. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2012.12.046

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Todos nós viemos de Asgard

por Piter Kehoma Boll

Read it in English

E com “todos nós” eu quero dizer nós, os eucariontes, os organismos com células complexas com núcleo, mitocôndrias e tal.

A forma como os organismos são classificados mudou enormemente ao longo dos dois últimos séculos, mas, durante as últimas décadas, ficou claro que temos três domínios da vida, os chamados Bacteria, Archaea e Eukarya. Apesar de a relação entre estes três domínios ter sido problemática no início, logo ficou claro que Eukarya e Archaea são mais proximamente relacionados entre si do que são com Bacteria.

Tanto Bacteria quanto Archaea são caracterizados pelas chamadas células procarióticas, nas quais não há núcleo delimitado e há somente um cromossomo circular (além de uma porção de anéis de genes menores chamados de plasmídeos). Eukarya, por outro lado, possui um núcleo cercado de uma membrana que inclui muitos cromossomos lineares. Tanto a estrutura da membrana celular quanto vários genes indicam que Archaea e Eukarya são proximamente relacionados, mas ainda era um mistério se ambos os grupos evoluíram de um ancestral comum e seriam, portanto, grupos irmãos, ou se eucariontes evoluíram diretamente de arqueias e seriam, portanto, arqueias altamente complexas.

As coisas passaram a apontar para a segunda hipótese após várias proteínas originalmente consideradas exclusivas de eucariontes (as chamadas Eukaryotic Signature Proteins, ESPs) foram encontradas em representantes do clado TACK de Archaea. Contudo clados diferentes dentro de TACK possuíam ESPs diferentes, então as coisas continuaram incertas.

Então em 2015 um novo grupo de arqueias foi descoberto no oceano Ártico entre a Noruega e a Groenlândia perto de um campo de fontes hidrotermais ativas chamadas Castelo de Loki (Spang et al. 2015). Chamado de Lokiarchaeota, este novo grupo de arqueias continha um grande número de ESPs, incluindo muitas das encontradas em diferentes linhagens TACK. Lokiarchaeota apareceu como grupo irmão de eucariontes em reconstruções filogenéticas e indicou que os eucariontes evoluíram, de fato, de arqueias, e aparentemente de arqueias mais complexas que as conhecidas até então. Este grupo foi baseado unicamente em um genoma incompleto encontrado nos sedimentos, já que o organismo em si não foi encontrado e não pôde ser cultivado para confirmar a estrutura de suas células.

Em 2016, outra linhagem de arqueias foi descoberta através de um genoma encontrado no estuário o rio White Oak na costa atlântica dos EUA (Seitz et al., 2016). Chamado Thorarchaeota, este clado revelou ser proximamente relacionado a Lokiarchaeota e, portanto, aos eucariontes.

Reconstrução das possíveis rotas metabólicas encontradas em Thorarchaeota com base no genes (quadrados brancos) encontrados no genoma torarqueótico. Créditos a Seitz et al. (2016).

Então em 2017 muitos novos genomas foram encontrados nos mesmos ambientes nos quais Lokiarchaeaota e Thorarchaeota haviam sido encontrados e em muitos outros (Zaremba-Niedzwiedzka et al., 2017). Eles incluíam dois novos grupos proximamente relacionados a esses dois, os quais foram chamados de Odinarchaeota e Heimdallarchaeota. O grupo inteiro recebeu o nome de “arqueias Asgard” e reconstruções filogenéticas puseram Eukarya dentro dele, com Heimdallarchaeota sendo o grupo irmão de Eukarya.

Mas perguntas e dúvidas logo surgiram. Ainda em 2017, um novo artigo (Da Cunha et al., 2017) questionou estes achados e levantou a hipótese de que as reconstruções filogenéticas que punham Asgard e Eukarya juntos eram um artefato causado por atração de ramos longos, um efeito colateral de reconstruções filogenéticas no qual espécies de evolução rápida forçam clados distantemente relacionados a colapsarem num único clado. A remoção de algumas arqueias de evolução rápida da análise foi suficiente para quebrar a relação Asgard-Eukarya. Visto que os genomas de Lokiarchaeota e outros Asgards foram reconstruídos a partir de DNA ambiental e não de células únicas, havia a possibilidade de as amostras estarem contaminadas com material de outros organismos. Os genes de proteínas usados nas análises também pareciam ter origens divergentes e podem ter sido adquiridos por transferência horizontal de genes, quando um gene é transferido de um organismo para outro por meios que não a reprodução, geralmente através de vírus.

Os autores originais do clado Asgard, que propuseram sua proximidade com Eukarya, rejeitaram o criticismo de Da Cunha et al. (2017) e afirmaram que estes usaram metodologia inadequada e que não havia evidência de contaminação em suas amostras (Spang et al., 2018).

(MDS, isso tá virando uma briga de verdade. Pega a pipoca!)

Da Cunha et al. (2018) responderam novamente mostrando mais evidência de contaminação e dizendo que Spang et al. deveriam mostrar evidência de metodologia inadequada se fosse o caso.

Estudos posteriores continuaram encontrando sequências de eucariontes em novas amostras de Asgard, o que reduziu a probabilidade de contaminação (Narrowe et al., 2018).

Fournier & Poole (2018) discutiram as implicações da proximidade de Eukarya com Asgard e propuseram uma classificação na qual Asgard não era mais membro de Archaea, mas formava um domínio novo, Eukaryomorpha, junto com Eukarya. Eles fizeram uma analogia com os mamíferos evoluindo de sinapsídeos e como sinapíseos costumavam ser vistos como répteis mesmo não estando dentro do clado Reptilia (Sauropsida). O mesmo seria o caso de Asgard. Apesar de terem “cara de Archaea”, eles não seriam arqueias de verdade.

Uma topologia hipotética de “arqueias verdadeiras”, Asgard e Eukarya de acordo com Fournier & Poole (2018).

Em um estudo publicado em dezembro passado, Williams et al. (2019) reanalisaram o caso usando mais dados e recuperaram novamente a proximidade de Asgard com Eukarya. Com este acúmulo de evidências, a hipótese de Eukarya surgindo de dentro de Archaea se tornou mais forte.

Aí agora, poucos dias atrás, finalmente conseguimos o que tanto queríamos. Um grupo de cientistas japoneses (Imachi et al., 2020) finalmente isolou um organismo Asgard e pôde fazer uma cultura em laboratório. Mas foi um trabalho difícil. A cultura cresceu muito devagar, com a fase lag (a fase em que as células se adaptam ao ambiente e crescem até dividirem) durando até 60 dias!

As criaturas estavam crescendo em uma cultura mista com uma bactéria do gênero Halodesulfovibrio e uma arqueia do gênero Methanogenium. As células Asgard foram chamadas de Candidatus Prometheoarcheum syntrophicum. Em taxonomia de procariontes, uma espécie nova recebe o status de Candidatus quando não é possível mantê-la numa cultura estável.

As células desta espécie de Asgard são cocoides, isto é, esféricas, e frequentemente apresentam vesículas na superfície ou longas protrusões na membrana que podem ou não se ramificarem. Estas protrusões não se conectam entre si nem a outras células, diferente de estruturas similares em outras arqueias. As células não parecem conter qualquer estrutura similar a organelas no interior, indo contra as expectativas. Asgard ainda não é a célula com cara de eucarionte que estávamos esperando!

Várias imagens de microscopia eletrônica de Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum. Vesículas mostradas em e, f e protrusões em g, h. Créditos a  Imachi et al. (2020).

Graças à cultura desta espécie de Asgard, foi possível extrair seu genoma completo e confirmar o que era previamente conhecido de Asgard e baseado apenas em DNA ambiental. Isso confirmou a presença de 80 ESPs e, em uma análise filogenética, a espécie nova aparece como grupo irmão de Eukarya.

Candidatus Prometheoarcheum syntrophicum revelou ser anaeróbio e se alimentar de aminoácidos, quebrando-os em ácidos graxos e hidrogênio. Sua associação com os outros dois procariontes na cultura mista parece ser um tipo de mutualismo, com as três espécies se ajudando por transferência de hidrogênio de uma espécie para outra. Muitas perguntas sobre como um organismo assim se tornou uma célula eucarionte complexa ainda permanecem, mas ao menos temos mais algumas pistas sobre a aquisição da mitocôndria.

Hipótese da evolução da célula eucariótica baseada em uma relação mutualística entre uma arqueia do tipo Asgard e uma bactéria aeróbia. Créditos a  Imachi et al. (2020).

A hipótese mais amplamente aceita era a de que uma célula eucarionte primitiva havia engolfado uma bactéria aeróbia através de fagocitose para comê-la, mas acabou retendo-a dentro de si. Contudo, vendo a cooperação de nossa arqueia Asgard com outros procariontes levanta a hipótese de que talvez o mutualismo entre a célula pro-eucarionte e as bactérias aeróbias começou quando ainda eram organismos separados.

Será que algum dia vamos achar de vez o “verdadeiro” proto-eucarionte? Vamos esperar pelos próximos episódios.

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Referências:

Da Cunha V, Gaia M, Gadelle D, Nasir A, Forterre P (2017) Lokiarchaea are close relatives of Euryarchaeota, not bridging the gap between prokaryotes and eukaryotes. PLOS Genetics 13(6): e1006810. doi: 10.1371/journal.pgen.1006810

Da Cunha V, Gaia M, Nasir A, Forterre P (2018) Asgard archaea do not close the debate about the universal tree of life topology. PLOS Genetics 14(3): e1007215. doi: 10.1371/journal.pgen.1007215

Imachi H, Nobu MK, Nakahara N et al. (2020) Isolation of an archaeon at the prokaryote–eukaryote interface. Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1916-6

Narrowe AB, Spang A, Stairs CW, Caceres EF, Baker BJ, Miller SC, Ettema TJG (2018) Complex Evolutionary History of Translation Elongation Factor 2 and Diphthamide Biosynthesis in Archaea and Parabasalids. Genome Biology and Evolution 10: 2380–2393. doi: 10.1093/gbe/evy154

Seitz KW, Lazar CS, Hinrichs KU, Teske AP, Baker BJ (2016) Genomic reconstruction of a novel, deeply branched sediment archaeal plylum with pathways for acetogenesis and sulfur reduction. ISME Journal 10: 1696–1705. doi: 10.1038/ismej.2015.233

Spang A, Saw JH, Jørgensen SL, et al. (2015) Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature 521: 173–179. doi: 10.1038/nature14447

Spang A, Eme L, Saw JH, Caceres EF, Zaremba-Niedzwiedzka K, et al. (2018) Asgard archaea are the closest prokaryotic relatives of eukaryotes. PLOS Genetics 14(3): e1007080. doi: 10.1371/journal.pgen.1007080

Williams TA, Cox CJ, Foster PG, Szőllősi GJ, Embley TM (2019) Phylogenomics provides robust support for a two-domains tree of life. Nature Ecology & Evolution. doi: 10.1038/s41559-019-1040-x

Zaremba-Niedzwiedzka K, Caceres EF, Saw JH et al. (2017) Asgard archaea illuminate the origin of eukaryotic cellular complexity. Nature 541:353–358. doi: 10.1038/nature21031

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Indo fundo com as tripas cheias de micróbios: uma lição de peixes chineses

por Piter Kehoma Boll

Ao redor do mundo todo, muitas espécies animais se adaptaram a viver em ambientes de caverna, locais que são naturalmente desprovidos de luz, parcial ou inteiramente, e são, portanto, habitats pobres em nutrientes. A falta de luz faz com que seja impossível para plantas e outros organismos fotossintetizantes sobreviverem e, como resultado, há pouco alimento disponível para criaturas não fotossintetizantes. Estas criaturas dependem quase inteiramente de alimento que entra na caverna da superfície pela água ou por animais que se movem entre a superfície e as profundezas.

Devido à falta de luz nas cavernas, animais adaptados a este ambiente são geralmente desprovidos de olhos, pois ver não é possível de qualquer jeito, e brancos, porque não há necessidade de pigmentação na pele para se proteger da radiação ou para informar qualquer coisa visualmente. Por outro lado, sentidos químicos como olfato e paladar são frequentemente muito bem desenvolvidos.

Todas estas limitações tornam os ambientes de caverna relativamente pobres em espécies quando comparados a ambientes de superfície. Ou ao menos isso é o que parece à primeira vista. Há, é claro, muito menos espécies macroscópicas, como animais multicelulares, mas estes animais são eles mesmos um ambiente que pode abrigar uma vasta e desconhecida diversidade de microrganismos dentro deles.

Como vocês devem saber, a maioria dos, se não todos os, animais possui relações mutualísticas com microrganismos, especialmente bactérias, vivendo em seus intestinos. Esses microrganismos são essenciais para muitos processos digestivos, e muitos nutrientes que animais conseguem pela comida só podem ser obtidos com o auxílio desses amigos microscópicos. Os tipos de microrganismos no intestino de um animal estão diretamente relacionados com a dieta do animal. Por exemplo, herbívoros geralmente possuem uma alta diversidade de microrganismos que são capazes de degradar carboidratos, especialmente os complexos como a celulose.

Um estudo recente, conduzido na China com peixes do gênero Sinocyclocheilus, comparou a diversidade microbiana intestinal de diferentes espécies, incluindo algumas que vivem na superfície e algumas que são adaptadas a cavernas. Todas as espécie de Sinocyclocheilus parecem ser primariamente onívoras, mas espécies diferentes podem ter preferência por um tipo particular de comida, sendo mais carnívoras ou mais herbívoras.

O estudo descobriu que espécies de Sinocyclocheilus de caverna possuem uma diversidade microbiana muito maior que espécies de superfície. Mas como isso pode ser possível se o número de recursos é limitado nas cavernas em comparação com a superfície? Bem, essa parece ser exatamente a razão.

Sinocyclocheilus microphthalmus, uma das espécies de caverna usada neste estudo. Foto extraída de Cool Goby Blog.

Como eu mencionei, espécie de Sinocyclocheilus são onívoras. Na superfície, elas possuem comida à vontade disponível e podem se dar ao luxo de escolher um tipo de comida preferido. Como resultado, sua microbiota intestinal é composta principalmente de espécies que auxiliam na digestão de um tipo específico de comida. Em cavernas, por outro lado, a comida é tão escassa que não se pode escolher e é preciso comer o que quer que esteja disponível. Isso inclui se alimentar de pequenas porções de diferentes tipos de alimento, incluindo outros animais que vivem na caverna e muitos tipos diferentes de resíduos animais e vegetais que chegam à caverna pela água. Assim, uma comunidade muito mais diversa de microrganismos intestinais é necessária para que a digestão seja eficiente.

Veja como o número de gêneros diferentes de bactérias é muito maior no grupo de caverna (direita) que em dois grupos da superfície (esquerda e centro). Imagem extraída de Chen et al. (2019)

Mais do que uma diversidade aumentada por si só, a comunidade de peixes de caverna também mostrou um grande número de bactérias que é capaz de neutralizar compostos tóxicos de vários tipos. A razão para isso ainda não é clara, mas há duas explicações possíveis que não são necessariamente mutualmente exclusivas. A primeira afirma que a água em cavernas é renovada numa taxa muito menor que águas superficiais, o que promove o acúmulo de todo tipo de substâncias, incluindo resíduos metabólicos das próprias espécies da caverna que podem ser tóxicos. A segunda hipótese é de maior preocupação e sugere que este aumento do número de bactérias capazes de degradar substâncias nocivas é um fenômeno recente causado pelo aumento de poluição da água por atividades humanas, o que está promovendo uma pressão seletiva em organismos de caverna.

A microbiota intestinal diversa de peixes de caverna é, portanto, uma estratégia desesperada mas inteligente de sobreviver num ambiente tão hostil. A natureza sempre encontra um meio.

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Mais sobre espécies de caverna:

Pense nos vermes, não só nas baleias, ou: como uma planária salvou um ecossistema

O percevejo na aranha e a aranha a fiar

Sexta Selvagem: Besouro-de-Hitler

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Referência:

Chen H, Li C, Liu T, Chen S, Xiao H (2019) A Metagenomic Study of Intestinal Microbial Diversity in Relation to Feeding Habits of Surface and Cave-Dwelling Sinocyclocheilus Species. Microbial Ecology. doi: 10.1007/s00248-019-01409-4

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Sexta Selvagem: Bt

por Piter Kehoma Boll

Read it in English

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: Bactéria-da-Raiz-do-Amieiro

por Piter Kehoma Boll

O sucesso de muitas espécies de plantas é resultado de sua associação com diferentes organismos em seus sistemas de raízes, como fungos e bactérias. Entre as bactérias, as mais amplamente conhecidas por sua associação com raízes são os chamados rizóbios, bactérias que são associadas com a raiz de leguminosas (plantas da família Fabaceae).

Contudo este tipo de associação evoluiu independentemente muitas vezes em muitas linhagens de plantas e muitas linhagens de bactérias. Hoje apresentarei a vocês uma bactéria que não é proximamente relacionada aos rizóbios, mas age similarmente. Cientificamente conhecida como Frankia alni, ela não possui um nome comum, mas decidi chamá-la de bactéria-da-raiz-do-amieiro.

Como tanto o nome científico quanto o nome comum que acabei de inventar sugerem, a bactéria-da-raiz-do-amieiro é uma espécie associada com as raízes de árvores no gênero Alnus, comumente conhecidas como amieiro em português. Ela pertence ao filo Actinobacteria e à ordem Actinomycetales, tendo um crescimento filamentoso que produz uma estrutura similar ao micélio dos fungos.

As hifas que formam o micélio de Frankia alni. Foto do usuário Kkucho do Wikimedia.**

As bactérias não penetram as membranas celulares da planta hospedeira de cara, mas ficam dentro de estruturas que se desenvolvem a partir da parede celular da planta. De lá, elas estimulam a divisão celular e a produção de nódulos que crescem da raiz e para dentro das quais elas migram, entrando nas células dos nódulos.

Um nódulo causado por Frankia alni na raiz de um amieiro. Foto de Gerhard Schuster.**

Através de um processo bioquímico complexo que não vou apresentar aqui em detalhes, as bactérias-da-raiz-do-amieiro conseguem capturar nitrogênio da atmosfera e sintetizar aminoácidos a partir dele, parte dos quais é compartilhada com a planta hospedeira. Como resultado, amieiros que contêm nódulos de bactérias-da-raiz-do-amieiro conseguem crescer em solos pobres em nitrogênio e eventualmente enriquecem o solo, permitindo que outras plantas se estabeleçam.

Esporângios de Frankia alni. Foto do usuário Kkucho do Wikimedia.**

De forma a se dispersarem pelo ambiente e encontrarem novos hospedeiros, as bactérias-da-raiz-do-amieiro produzem esporos dentro de esporângios. Quando liberados, estes podem migrar, provavelmente pela água, até novos locais onde germinam e recomeçam o ciclo.

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Referências:

Benson, D. R.; Silvester, W. B. (1993) Biology of Frankia strains, actinomycete symbionts of actinorhizal plantsMicrobiology and Molecular Biology Reviews 57(2): 293–319.

Wikipedia. Frankia alni. Available at: < https://en.wikipedia.org/wiki/Frankia_alni >. Access on March 13, 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: Bacilo-do-Feno

por Piter Kehoma Boll

Hoje retornaremos mais uma vez ao minúsculo mundo das bactérias. E acho que é hora de introduzir outra celebridade do mundo bacteriano, o bacilo-do-feno, Bacillus subtilis.

Várias colônias de Bacillus subtilis em ágar. Foto do usuário Debivort do Wikimedia.**

Como qualquer Bacillus típico, o bacilo-do-feno possui células em forma de bastão, de onde o nome. Elas medem cerca de 4–10 µm de comprimento e 0.25–1.0 µm de diâmetro e possuem muitos flagelos, de forma que podem se mover rapidamente em um meio líquido. O habitat natural do bacilo-do-feno é o solo, mas ele também pode ser encontrado no intestino de mamíferos, incluindo humanos.

Como é comum entre os membros do filo Firmicutes, o bacilo-do-feno pode entrar em uma forma dormente chamada endósporo que é capaz de tolerar condições ambientais extremas. Eles podem sobreviver nesta forma por décadas, séculos, talvez mesmo milênios, até as condições estarem adequadas novamente.

Imagem microscópica mostrando formas vegetativas (vermelho) e endósporos (verde) de Bacillus subtilis. Foto do usuário Y tambe do Wikimedia.**

O bacilo-do-feno é uma das bactérias mais estudadas e cultivadas no mundo, sendo considerado um organismo modelo. No Leste da Ásia, uma de suas variedades é usada na produção do alimento tradicional japonês nattō. Antes da introdução de antibióticos, era comum usar culturas de B. subtilis em tratamentos para melhorar respostas imunológicas. Atualmente, ele é usado em estudos de laboratório focados na formação de endósporos e no fenômeno de transformação, um processo pelo qual uma bactéria pode capturar DNA do meio em que está e incorporá-lo ao seu próprio material genético. Adicionalmente, ele é usado para produzir uma variedade de substâncias, incluindo antibióticos naturais.

Nosso camarada de hoje é de fato um bom amigo para a humanidade.

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Referências:

Anagnostopoulos, C.; Spizizen, J. (1961) Requirements for transformation in Bacillus subitilisJournal of Bacteriology81(5): 741–746.

Stein, T. (2005) Bacillus subtilis antibiotics: structures, syntheses and specific functions. Molecular Biology56: 845–857. https://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2958.2005.04587.x

Wikipedia. Bacillus subtilis. Available at < https://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_subtilis >. Access on November 9, 2017.

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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.

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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.

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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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