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Os metanogênicos são microrganismos que produzem metano quando pouco ou nenhum oxigênio está presente em seus arredores. Sua produção de metano – por exemplo, no trato digestivo de ruminantes – é relevante para o ciclo global de carbono, já que o metano é um gás de efeito estufa muito potente, mas também pode ser usado como fonte de energia para aquecer nossas casas.
Uma base tóxica para o crescimento
O objeto do estudo agora publicado na Natureza Química Biologia são dois metanogênicos marinhos amantes do calor: Methanothermococcus thermolithotrophicus (vive em sedimentos aquecidos geotermicamente a cerca de 65 °C) e Methanocaldococcus jannaschii (prefere vulcões de profundidade com cerca de 85 °C). Eles obtêm sua energia celular produzindo metano e recebem enxofre para crescer na forma de sulfeto, que está presente em seus ambientes. Embora o sulfeto seja um veneno para a maioria dos organismos, é essencial para os metanogênicos e eles podem tolerar até mesmo altas concentrações dele. No entanto, seu calcanhar de Aquiles é o sulfito, um composto sulfuroso tóxico e reativo, que destrói a enzima necessária para produzir metano. Em seus ambientes, ambos os organismos investigados são ocasionalmente expostos ao sulfito, por exemplo, quando o oxigênio entra e reage com o sulfeto reduzido. Sua oxidação parcial resulta na formação de sulfito e, portanto, os metanogênicos precisam se proteger. Mas como eles podem fazer isso?
Um instantâneo molecular do processo
Marion Jespersen e Tristan Wagner do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha em Bremen, Alemanha, juntamente com Antonio Pierik da Universidade de Kaiserslautern, agora fornecem um instantâneo da enzima que desintoxica o sulfito. Esta enzima em forma de borboleta é conhecida como F420-dependente sulfito redutase ou Fsr. É capaz de transformar sulfito em sulfeto – uma fonte segura de enxofre que os metanogênicos precisam para crescer. No estudo atual, Jespersen e seus colegas descrevem como a enzima funciona. “A enzima captura o sulfito e o reduz diretamente a sulfeto, que pode ser incorporado, por exemplo, em aminoácidos”, explica Jespersen. “Como resultado, o metanogênio não é envenenado e ainda usa o produto como fonte de enxofre. Eles transformam veneno em comida!”
Parece simples. Mas, na verdade, Jespersen e seus colegas descobriram que estavam lidando com uma sobreposição fascinante e complicada. “Existem duas formas de redução de sulfito: dissimilatória e assimilatória”, explica Jespersen. “O organismo em estudo usa uma enzima que é construída como uma dissimilatória, mas usa um mecanismo assimilatório. Combina o melhor dos dois mundos, pode-se dizer, pelo menos por suas condições de vida.”
Supõe-se que as enzimas da via dissimilatória e assimilatória evoluíram de um ancestral comum. “As redutases de sulfito são enzimas antigas que têm um grande impacto nos ciclos globais de enxofre e carbono”, acrescenta Tristan Wagner, chefe do Metabolismo Microbiano do Grupo de Pesquisa Max Planck no Instituto Max Planck em Bremen. “Nossa enzima, a Fsr, é provavelmente um instantâneo dessa antiga enzima primordial, um emocionante olhar para trás na evolução”.
Aplicações biotecnológicas em vista
O Fsr não apenas abre implicações evolutivas, mas também nos permite entender melhor o fascinante mundo dos micróbios marinhos. Os metanogênicos que podem crescer apenas em sulfito contornam a necessidade de usar o perigoso sulfeto, seu substrato usual de enxofre. “Isso abre oportunidades para aplicações biotecnológicas mais seguras para estudar esses importantes microorganismos. Uma solução ótima seria encontrar um metanogênio que reduzisse o sulfato, que é barato, abundante e uma fonte de enxofre totalmente segura”, diz Wagner. Na verdade, esse metanogênio já existe, é Methanothermococcus thermolithotrophicus. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que o Fsr orquestra a última reação dessa via de redução do sulfato, porque um de seus intermediários seria o sulfito. “Nosso próximo desafio é entender como ele pode transformar sulfato em sulfito, para obter uma imagem completa das capacidades desses micróbios milagrosos”.
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