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Uma equipe de cientistas da Universidade Estadual de Montana forneceu a primeira evidência experimental de que dois novos grupos de micróbios que prosperam em características termais no Parque Nacional de Yellowstone produzem metano — uma descoberta que pode um dia contribuir para o desenvolvimento de métodos para mitigar as mudanças climáticas e fornecer insights sobre o potencial de vida em outras partes do nosso sistema solar.
O jornal Natureza esta semana publicou as descobertas do laboratório de Roland Hatzenpichler, professor associado do Departamento de Química e Bioquímica da MSU na Faculdade de Letras e Ciências e diretor associado do Instituto de Biologia Térmica da universidade. Os dois artigos científicos descrevem a verificação dos pesquisadores da MSU dos primeiros exemplos conhecidos de organismos unicelulares que produzem metano para existir fora da linhagem Euryarchaeota, que faz parte do ramo maior da árvore da vida chamado Archaea.
Alison Harmon, vice-presidente de pesquisa e desenvolvimento econômico da MSU, disse que está animada que as descobertas com impacto potencial tão abrangente estejam recebendo a atenção que merecem.
“É uma conquista significativa para a Montana State University ter não um, mas dois artigos publicados em um dos principais periódicos científicos do mundo”, disse Harmon.
Os organismos unicelulares produtores de metano são chamados de metanógenos. Enquanto humanos e outros animais comem alimentos, respiram oxigênio e exalam dióxido de carbono para sobreviver, os metanógenos comem pequenas moléculas como dióxido de carbono ou metanol e exalam metano. A maioria dos metanógenos são anaeróbios estritos, o que significa que não conseguem sobreviver na presença de oxigênio.
Os cientistas sabem desde a década de 1930 que muitos organismos anaeróbicos dentro das arqueias são metanógenos e, durante décadas, acreditaram que todos os metanógenos estavam em um único filo: os Euryarchaeota.
Mas há cerca de 10 anos, micróbios com genes para metanogênese começaram a ser descobertos em outros filos, incluindo um chamado Thermoproteota. Esse filo contém dois grupos microbianos chamados Methanomethylicia e Methanodesulfokora.
“Tudo o que sabíamos sobre esses organismos era seu DNA”, disse Hatzenpichler. “Ninguém nunca tinha visto uma célula desses supostos metanogênicos; ninguém sabia se eles realmente usavam seus genes de metanogênese ou se estavam crescendo por algum outro meio.
Hatzenpichler e seus pesquisadores decidiram testar se os organismos viviam por metanogênese, baseando seu trabalho nos resultados de um estudo publicado no ano passado por uma de suas ex-alunas de pós-graduação na MSU, Mackenzie Lynes.
Amostras foram coletadas de sedimentos em fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone, com temperaturas variando de 61 a 72 graus Celsius (141 a 161 graus Fahrenheit).
Por meio do que Hatzenpichler descreveu como “trabalho meticuloso”, o aluno de doutorado da MSU Anthony Kohtz e a pesquisadora de pós-doutorado Viola Krukenberg cultivaram os micróbios de Yellowstone no laboratório. Os micróbios não apenas sobreviveram, mas prosperaram — e produziram metano. A equipe então trabalhou para caracterizar a biologia dos novos micróbios, envolvendo o cientista da equipe Zackary Jay e outros da ETH Zurich.
Ao mesmo tempo, um grupo de pesquisa liderado por Lei Cheng, do Instituto de Biogás do Ministério da Agricultura e Assuntos Rurais da China, e Diana Sousa, da Universidade de Wageningen, na Holanda, cultivaram com sucesso outro desses novos metanogênicos, um projeto no qual trabalharam por seis anos.
“Até nossos estudos, nenhum trabalho experimental havia sido feito com esses micróbios, além do sequenciamento de DNA”, disse Hatzenpichler.
Ele disse que Cheng e Sousa se ofereceram para enviar os estudos juntos para publicação, e o artigo de Cheng relatando o isolamento de outro membro da Methanomethylicia foi publicado em conjunto com os dois estudos do laboratório Hatzenpichler.
Enquanto um dos grupos de metanogênicos recentemente identificados, Methanodesulfokora, parece estar confinado a fontes termais e fontes hidrotermais de águas profundas, Methanomethylicia, são amplamente disseminados, disse Hatzenpichler. Eles são às vezes encontrados em estações de tratamento de águas residuais e nos tratos digestivos de animais ruminantes, e em sedimentos marinhos, solos e pântanos. Hatzenpichler disse que isso é significativo porque os metanogênicos produzem 70% do metano do mundo, um gás 28 vezes mais potente do que o dióxido de carbono na retenção de calor na atmosfera, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA.
“Os níveis de metano estão aumentando a uma taxa muito maior do que o dióxido de carbono, e os humanos estão bombeando metano na atmosfera a uma taxa maior do que nunca”, disse ele.
Hatzenpichler disse que, embora os experimentos tenham respondido a uma pergunta importante, eles geraram muitas outras que irão alimentar trabalhos futuros. Por exemplo, os cientistas ainda não sabem se Methanomethylicia que vivem em ambientes não extremos dependem da metanogênese para crescer ou se crescem por outros meios.
“Minha melhor aposta é que às vezes eles crescem produzindo metano, e às vezes eles fazem algo completamente diferente, mas não sabemos quando eles crescem, ou como, ou por quê.” Hatzenpichler disse. “Agora precisamos descobrir quando eles contribuem para o ciclo do metano e quando não.”
Enquanto a maioria dos metanogênicos dentro da Euryarchaeota usam CO2 ou acetato para fazer metano, Methanomethylicia e Methanodesulfokora usam compostos como metanol. Essa propriedade pode ajudar os cientistas a aprender como alterar as condições nos diferentes ambientes onde são encontrados para que menos metano seja emitido na atmosfera, disse Hatzenpichler.
Seu laboratório começará a colaborar neste outono com a Bozeman Agricultural Research and Teaching Farm da MSU, que fornecerá amostras para pesquisas futuras sobre os metanógenos encontrados no gado. Além disso, novos alunos de pós-graduação que se juntarão ao laboratório de Hatzenpichler no outono determinarão se as arqueias recém-descobertas produzem metano em águas residuais, solos e pântanos.
Methanomethylicia também tem uma arquitetura celular fascinante, disse Hatzenpichler. Ele colaborou com dois cientistas da ETH Zurich, Martin Pilhofer e o aluno de pós-graduação Nickolai Petrosian, para mostrar que o micróbio forma tubos célula a célula até então desconhecidos que conectam duas ou três células entre si.
“Não temos ideia do porquê eles estão se formando. Estruturas como essas raramente foram vistas em micróbios. Talvez eles troquem DNA; talvez eles troquem produtos químicos. Ainda não sabemos”, disse Hatzenpichler.
A pesquisa recém-publicada foi financiada pelo programa de exobiologia da NASA. A NASA está interessada em metanogênicos porque eles podem dar insights sobre a vida na Terra há mais de 3 bilhões de anos e o potencial para vida em outros planetas e luas onde o metano foi detectado, ele disse.
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