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Na superfície, os pântanos salgados e suas gramíneas varridas pelo vento podem parecer enganosamente simples. Mas esses pântanos estão repletos de biodiversidade, desde os insectos e aves migratórias no ar até aos micróbios que vivem no solo. Cientistas do Laboratório Biológico Marinho (MBL) descobriram que mesmo entre os micróbios que ciclam o enxofre e são responsáveis pelo cheiro de “gás de ovo podre” no ar dos pântanos salgados, a diversidade se estende até os genomas e até mesmo aos nucleotídeos individuais.
Para estudar a relação entre as gramíneas dos pântanos salgados e os micróbios que ciclam o enxofre que vivem nos sedimentos ao redor de suas raízes, os cientistas do MBL analisaram conjuntos de dados sequenciados de DNA de micróbios coletados em locais de pântanos salgados em Massachusetts e Alabama. Esta análise aprofundada da diversidade microbiana do ciclo do enxofre em pântanos salgados – desde seus genomas inteiros até nucleotídeos únicos – foi publicada em 26 de outubro em Microbiologia Aplicada e Ambiental.
Nos pântanos salgados, o ciclo do enxofre está intimamente ligado ao ciclo do carbono, e os pântanos salgados saudáveis armazenam uma grande quantidade de carbono na turfa e nos minerais do solo associados.
“Há décadas sabemos como as comunidades microbianas incrivelmente diversas existem nos pântanos salgados”, disse Zoe Cardon, cientista sênior do MBL. “Graças a estas ferramentas de sequenciação e análise aprofundadas, podemos agora recolher uma amostra de sedimentos de pântanos salgados e não só fazer a sequenciação necessária para identificar quais os micróbios que existem, mas também construir em computadores uma representação dos seus genomas individuais.”
Essas representações são chamadas de genomas montados em metagenoma (MAGs) e podem ser analisadas via computador sem a necessidade de cultivar os micróbios individuais em uma placa de Petri. Isto é importante, uma vez que muito poucos micróbios do planeta foram cultivados. Somente neste estudo, 29 dos 38 MAGs isolados eram de bactérias que nunca haviam sido cultivadas.
“Estudamos comunidades microbianas de duas maneiras: observando as diferenças no nível da sequência de DNA de nucleotídeo único – na escala ATCG literal – e comparando-as no nível do pan-genoma. Foi fascinante desenvolver esse pipeline metagenômico para analisar isso. dados”, disse Sherlynette Pérez Castro, co-autora principal do artigo. Pérez Castro foi pesquisador de pós-doutorado no Cardon Lab do MBL e desde então passou a ocupar um cargo na Universidade da Geórgia.
Cardon descreveu isso como procurar uma agulha em um palheiro cheio de agulhas. “Mas devido a esta sequenciação relativamente profunda e a estas incríveis abordagens analíticas, podemos ver as coisas num nível diferente – em vez de sermos uma pilha de agulhas, agora podemos ver uma agulha vermelha ou uma agulha azul”, disse ela.
Existem dois tipos principais diferentes de bactérias ciclistas de enxofre – redutores de sulfato, que ajudam a decompor a matéria orgânica, mas liberam um sulfeto que é tóxico para as plantas, e oxidantes de enxofre, que removem esse sulfeto tóxico, apoiando assim a produtividade das plantas do pântano. Os micróbios trabalham juntos para apoiar a saúde destas plantas e deste ecossistema.
“Para todos os organismos, existe uma especificidade na forma como os microrganismos e o hospedeiro interagem. Queremos compreender como as plantas e as bactérias do ciclo do enxofre trabalham juntas”, disse Elena L. Peredo, co-autora principal do artigo. Peredo é cientista adjunto do MBL Ecosystems Center e professor assistente do Rochester Institute of Technology.
Para Peredo, uma das coisas mais interessantes foi a proximidade entre alguns dos micróbios. “Duas das bactérias eram quase idênticas até que você começou a observar vias metabólicas específicas. Normalmente, na natureza, quando você tem dois organismos intimamente relacionados, um supera o outro”, disse ela. Da mesma forma que leões e tigres não são encontrados no mesmo ecossistema – não há recursos adequados para sustentar ambos.
“Os micróbios têm diferentes combinações de genes, indicando variações ligeiramente diferentes nos temas de redução de sulfato e oxidação de enxofre, e algumas dessas variações podem explicar por que tantos tipos diferentes de micróbios que ciclam o enxofre podem ganhar a vida em sedimentos de pântanos salgados, ” disse Cardon.
Um esforço de equipe diversificado
O trabalho começou como um projeto pandêmico conduzido por cientistas do Centro de Ecossistemas do MBL e do Centro Josephine Bay Paul de Biologia Molecular Comparada e Evolução. A Fundação Gordon e Betty Moore financiou o grupo para estudar a simbiose entre o cordgrass e os micróbios que ciclam o enxofre durante o verão de 2020, mas a pandemia interrompeu o trabalho de campo. Assim, o pessoal do MBL se uniu a cientistas que já possuíam grandes conjuntos de dados de sequenciamento de DNA de micróbios em sedimentos de pântanos salgados de Massachusetts e Alabama, e o projeto foi lançado.
O download inicial dos dados e a exploração preliminar foram realizados com a ajuda de cinco estudantes de verão de várias universidades, apoiados por dois programas de pesquisa de graduação de verão – o Metcalf Summer Undergraduate Research Program (SURF) e o Woods Hole Partnership Education Program (PEP).
“O que começou como um projeto da era pandêmica que poderia ser realizado enquanto os cientistas trabalhavam em casa, evoluiu para uma exploração emocionante de diversos micróbios que ciclam o enxofre no pântano salgado”, disse Cardon. E ao fazer isso, o grupo desenvolveu uma forma totalmente nova de integrar análises metagenômicas de diversas perspectivas científicas.
A equipe do MBL que trabalhou no projeto era quase tão diversa quanto os próprios micróbios.
“Um verdadeiro ponto forte do MBL é que ele é um lugar onde todos os diferentes tipos de [scientists] podemos trabalhar juntos”, disse Cardon. “Neste artigo, tivemos pessoas interessadas nos motores da evolução, pessoas interessadas na função ecológica, pessoas interessadas em plantas – pessoas que chegaram a tudo isso de perspectivas diferentes, mas com esse interesse comum.”
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