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As bactérias representam mais de 10% de todos os seres vivos, mas até recentemente tínhamos pouca percepção de que, como nos humanos, as bactérias do solo têm relógios internos que sincronizam suas atividades com os ciclos de 24 horas do dia e da noite na Terra.
Novas pesquisas mostram o quão complexos e sofisticados são esses relógios circadianos bacterianos, abrindo caminho para uma nova e empolgante fase de estudo. Este trabalho fornecerá diversas oportunidades, desde o tempo de precisão do uso de antibióticos até a bioengenharia de microbiomas intestinais e do solo mais inteligentes.
Uma colaboração internacional da Ludwig Maximillian University Munich (LMU Munich), The John Innes Centre, The Technical University of Denmark e Leiden University, fez a descoberta sondando a expressão gênica como evidência da atividade do relógio na bactéria do solo difundida. Bacillus subtilis.
A principal autora Dra. Francesca Sartor (LMU Munich) relata: “O relógio circadiano neste micróbio é generalizado: nós o vemos regulando vários genes e uma variedade de comportamentos diferentes.”
O professor Antony Dodd, do John Innes Center, acrescentou: “É surpreendente que um organismo unicelular com um genoma tão pequeno tenha um relógio circadiano com algumas propriedades que evocam relógios em organismos mais complexos”.
Trabalhos anteriores dessa equipe colaborativa demonstraram a existência de um relógio circadiano em uma cepa dessa bactéria derivada de laboratório. Esta foi a primeira vez que os relógios circadianos foram observados na bactéria Bacillus subtilis. Os pesquisadores usaram uma técnica que insere uma enzima chamada luciferase que produz luz quando um gene é expresso. Essa bioluminescência guiou a equipe no monitoramento do relógio bacteriano conforme as condições variavam.
A autora sênior da publicação, professora Martha Merrow, da LMU Munich, disse: “Este estudo mostra que os relógios circadianos são amplamente encontrados em Bacillus subtilis. Podemos capitalizar o conhecimento do relógio para melhorar os resultados de saúde e aumentar a sustentabilidade da produção de alimentos ou biotecnologia.”
Este novo estudo é um passo significativo por várias razões. Ele revela que esses relógios existem em cepas coletadas de ambientes naturais, portanto, podem estar disseminados nessa bactéria. Além disso, B. subtilis continua a mostrar ritmos circadianos tanto no escuro constante quanto na luz constante, e os pesquisadores revelam exemplos de respostas diferenciadas encontradas nos relógios circadianos de muitos outros organismos. No campo da biologia circadiana, essas respostas são conhecidas como “efeitos posteriores” e “Regra de Aschoff”. Tomados em conjunto, isso sugere que, como em organismos mais complexos, as bactérias podem sincronizar sua fisiologia e metabolismo com diferentes momentos do dia conforme as condições de luz e temperatura mudam.
A descoberta oferece oportunidades para biotecnologia, saúde humana e ciência vegetal. Compreender as propriedades dos relógios circadianos bacterianos pode nos ajudar com aplicações industriais da microbiologia; isso pode levar a uma nova compreensão de como os microbiomas são formados e pode indicar o quão bem os antibióticos funcionam em determinados momentos do dia para interromper as bactérias patogênicas. O conhecimento também pode nos ajudar na proteção de cultivos. Bacillus subtilis é uma bactéria benéfica do solo usada pelos agricultores para auxiliar na troca de nutrientes, no desenvolvimento das plantas e na defesa contra micróbios patogênicos.
A equipe está desenvolvendo Bacillus subtilis como um organismo modelo para o estudo dos relógios circadianos em bactérias. Um dos próximos passos é descobrir quais genes estão operando para formar o mecanismo do relógio. A equipe também está curiosa sobre como o B. subtilis o relógio circadiano depende da organização multicelular para sua plena funcionalidade.
Os relógios circadianos são osciladores internos que oferecem uma vantagem seletiva aos organismos, adaptando sua fisiologia e metabolismo às mudanças de 24 horas no ambiente, como mudanças na luz, temperatura ou comportamento de predadores. Eles dão origem aos efeitos dissonantes do jet lag, quando passamos por diferentes fusos horários.
O professor Ákos T. Kovács, da Universidade de Leiden e da Universidade Técnica da Dinamarca, disse: “O biólogo francês Jacques Monod disse certa vez: ‘O que é verdade para E. coli é verdade para o elefante.’ Na época, ele se referia às regras universais da biologia molecular – do DNA e das proteínas. Da mesma forma, é surpreendente que o relógio circadiano em Bacillus subtilis– uma bactéria com apenas quatro mil genes – tem um sistema circadiano complexo que lembra os relógios circadianos em organismos complexos, como moscas, mamíferos e plantas.”
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