Biólogo obtém informações sobre cocô de percevejo

Jason Chen, um estudante de graduação em biologia da Emory University, encontrou uma pista uma noite no laboratório.

Ele havia concluído experimentos com alguns percevejos adultos, cujos Caballerônia bactérias que ele marcou com uma proteína fluorescente vermelha. Os insetos foram alojados em uma caixa plástica com pedaços de papel toalha dentro como roupa de cama. Ele jogou algumas ninfas dentro do recipiente apenas como um lugar para mantê-las enquanto fazia a limpeza do dia.

“Quando voltei para apagar as luzes, percebi que todas as ninfas haviam se aglomerado em torno de um dos pontos de cocô deixados em uma toalha de papel pelos adultos”, diz Chen. “Normalmente as ninfas vagam muito por aí, mas todas pararam perto desse cocô. Elas ficaram paralisadas por isso. Eu me perguntei o que esse comportamento significava.”

Ele finalmente examinou as ninfas ao microscópio e viu que suas entranhas se iluminavam com a mesma fluorescência vermelha dos adultos. Mais experimentos confirmaram a descoberta: os insetos ninfas comem as fezes dos adultos para adquirir as bactérias necessárias para crescer.

A Current Biology publicou a descoberta, que pode oferecer insights para métodos aprimorados de controle do percevejo, uma praga agrícola significativa.

“O inseto squash é um exemplo de animal simples e de aparência comum que realmente faz algo muito legal”, diz Chen, co-autor do artigo. “Quando eclodem, as ninfas precisam encontrar um micróbio para se desenvolver. Elas o encontram através das fezes de adultos da mesma espécie. É uma solução elegante para esse problema básico.”

Chen é co-autor do artigo, junto com Scott Villa, ex-bolsista de pós-doutorado da Emory que agora está no Davidson College.

“Muitas crianças passam por uma fase em que gostam de brincar com insetos”, diz Chen. “A piada entre os entomologistas é que nunca superamos isso. Agora trabalho mais com as bactérias dentro dos insetos, o que é uma reviravolta interessante”.

Na Emory, Chen conta com a experiência de dois consultores, ambos autores seniores do artigo Current Biology. Nic Vega, professor assistente de biologia, concentra-se em como os micróbios formam comunidades complexas. Nicole Gerardo, professora de biologia, estuda a evolução das interações hospedeiro-micróbio, principalmente em insetos.

“Simbionte” é o termo usado para se referir a um organismo menor que vive em simbiose com um organismo maior. Os humanos estão repletos de centenas de bilhões a trilhões de simbiontes, principalmente bactérias, que vivem no corpo e dentro dele. Alguns membros desta comunidade invisível, conhecida como “microbioma”, podem ter um efeito negativo na saúde de uma pessoa. Mas outros micróbios beneficiam os seus hospedeiros humanos, ajudando no desenvolvimento do seu sistema imunitário, auxiliando na sua digestão e na produção de energia. As diferenças no microbioma de cada pessoa podem até determinar a sua suscetibilidade a certas doenças.

A investigação já descobriu muitos mistérios que rodeiam o microbioma humano, mas permanecem grandes questões sobre os efeitos dos simbiontes na saúde humana. Os insetos têm microbiomas muito menos complexos do que os humanos, o que os torna modelos de laboratório ideais para estudar questões fundamentais subjacentes às interações micróbio-hospedeiro.

O percevejo é um inseto achatado, marrom-acinzentado, que se assemelha a seus parentes próximos, os percevejos.

“Qualquer pessoa que já plantou abóbora em seu jardim provavelmente já viu esse inseto”, diz Chen. “É muito bom para encontrar plantas de abóbora.”

O inseto da abóbora é um “inseto verdadeiro”, o que significa que sobrevive com uma dieta líquida. Ele usa um aparelho bucal perfurante em forma de palha para esfaquear uma planta e injetar saliva nela. A saliva decompõe os tecidos das plantas, liquefazendo-os para que o inseto possa sugá-los.

Embora as abóboras e abóboras sejam seus principais alvos, os insetos podem infestar plantações de outros membros da família das cabaças, incluindo pepinos, melões e melancias. Além de causar danos diretos às plantas, podem espalhar um patógeno entre as culturas que causa a doença da videira amarela.

A armadura ajuda a proteger os insetos squash de serem “esmagados”. Eles emitem um cheiro nocivo para deter ainda mais os predadores. E o hábito de permanecerem protegidos sob as folhas limita o impacto dos pesticidas.

“Os percevejos são difíceis de controlar, a menos que você os retire um por um das plantas”, diz Chen.

Para sua dissertação, Chen está pesquisando a variação nos microbiomas e como essa variação surge como resultado do acaso.

Para realizar experimentos com percevejos, ele modifica geneticamente cepas do Caballerônia bactérias. Ele marca as cepas com diferentes cores de proteínas fluorescentes que brilham ao microscópio.

Ele notou que as ninfas dos percevejos tendem a vagar continuamente, sondando o ambiente com seus aparelhos bucais. Ele chamou sua atenção quando os viu parados em torno de um local com fezes de adultos.

“Quando vejo algo incomum, imediatamente anoto em meu caderno de laboratório e tiro fotos”, diz Chen. “Isso é o que é ótimo em ter um telefone celular. O telefone de um cientista está sempre carregado com fotos de tudo o que eles estão fazendo no laboratório.”

Para investigar mais, Chen se uniu a Scott Villa, um ecologista comportamental.

“Reunimos os aspectos microbiológicos e comportamentais”, explica Chen. “Isso nos permitiu encaixar todas as peças do quebra-cabeça.”

Os co-autores do artigo, Alice Acosta e Zeeyong Kwong, estudantes de graduação de Emory, conduziram experimentos projetados por Villa e Chen para testar várias hipóteses. (Acosta e Kwong já se formaram.)

Os resultados mostraram que as ninfas optariam por comer fezes adultas carregadas de bactérias em vez de uma solução salina ou um pedaço de abóbora. As ninfas perfuram a matéria fecal sólida da mesma forma que plantariam tecido. Eles injetam saliva para liquefazer as fezes e depois as sorvem.

Os pesquisadores presentearam as ninfas com fezes esterilizadas sob alto calor e pressão. Os insetos ainda mostravam preferência pelas fezes em vez de solução salina ou abóbora, embora as fezes não contivessem mais bactérias vivas.

Os pesquisadores cortaram parte das antenas das ninfas com receptores químicos de “cheiro”. Isso reduziu apenas ligeiramente a atração pelas fezes.

“Eles provavelmente estão usando vários sinais sensoriais para ajudá-los a encontrar a origem da bactéria”, diz Chen. “Olfato, visão, paladar e até pistas sociais sobre o que os outros insetos estão fazendo.”

Experimentos também foram conduzidos usando duas espécies diferentes de percevejos adultos infectados com duas cepas diferentes da bactéria. As ninfas adquiriram simbiontes apenas nas fezes de sua própria espécie. E tiveram mais sucesso na aquisição de bactérias especializadas para a sua espécie, embora qualquer uma das estirpes beneficiasse o seu desenvolvimento.

As ninfas continuaram a procurar e consumir as fezes dos adultos até serem infectadas pela bactéria. Nesse ponto, eles passaram a demonstrar preferência por se alimentar de abóbora.

A atração pela bactéria é tão forte que os insetos começam a procurá-la imediatamente após passarem para o segundo estágio. Eles podem ser infectados ao comer fezes de adultos em poucas horas, momento em que interrompem o comportamento alimentar incomum.

“É um comportamento muito transitório que ninguém procurava”, diz Chen. “E o que você não procura é fácil de perder.”

A descoberta de como a bactéria é transmitida abre a porta para possíveis estratégias livres de pesticidas para evitar que os insetos destruam as culturas agrícolas. “Agora podemos considerar maneiras de possivelmente manipular esse ponto fraco do sistema”, diz Chen.

Tais insights também contribuem para o conhecimento acumulado de como os organismos e seus simbiontes evoluem e interagem.

“Nossas descobertas são uma parte interessante da história natural que foi esquecida por muito tempo”, diz Chen. “É isso que me tira da cama de manhã: a motivação para aprender mais sobre como funciona o mundo natural.”

A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Agricultura dos EUA.