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As patescibactérias são um grupo de minúsculos micróbios intrigantes, cuja maneira de permanecer vivo tem sido difícil de compreender. Os cientistas podem cultivar apenas alguns tipos, mas estas bactérias constituem um grupo diversificado encontrado em muitos ambientes.
Os poucos tipos de patescibactérias que os pesquisadores podem cultivar em laboratório residem nas superfícies celulares de outro micróbio hospedeiro maior. As patescibactérias em geral não possuem os genes necessários para produzir muitas moléculas necessárias à vida, como os aminoácidos que constituem as proteínas, os ácidos graxos que formam as membranas e os nucleotídeos do DNA. Isso levou os pesquisadores a especular que muitos deles dependem de outras bactérias para crescer.
Em um estudo publicado em 7 de setembro em Célula, os pesquisadores apresentam o primeiro vislumbre dos mecanismos moleculares por trás do estilo de vida incomum das Patescibacteria. Este avanço foi possível graças à descoberta de uma forma de manipular geneticamente estas bactérias, um avanço que abriu um mundo de possíveis novos rumos de investigação.
“Embora a metagenómica possa dizer-nos quais os micróbios que vivem nos nossos corpos e dentro deles, as sequências de ADN por si só não nos dão informações sobre as suas actividades benéficas ou prejudiciais, especialmente para organismos que nunca foram caracterizados antes”, disse Nitin S. Baliga do Instituto. para Biologia de Sistemas em Seattle, que contribuiu com muitas análises computacionais e de sistemas para o estudo.
“A capacidade de perturbar geneticamente Patescibacteria abre a possibilidade de aplicar uma poderosa lente de análise de sistemas para caracterizar rapidamente a biologia única dos epibiontes obrigatórios”, acrescentou, em referência a organismos que devem viver em outro organismo para sobreviver.
As equipes por trás do estudo, lideradas pelo laboratório de Joseph Mougous no Departamento de Microbiologia da Escola de Medicina da Universidade de Washington e pelo Instituto Médico Howard Hughes, estavam interessadas nas Patescibactérias por vários motivos.
Elas estão entre as muitas bactérias mal compreendidas cujas sequências de DNA surgem em análises genéticas em larga escala de genomas encontrados em comunidades microbianas ricas em espécies de fontes ambientais. Este material genético é referido como “matéria escura microbiana” porque pouco se sabe sobre as funções que ele codifica.
É provável que a matéria escura microbiana contenha informações sobre vias bioquímicas com potenciais aplicações biotecnológicas, de acordo com o Célula papel. Também contém pistas sobre as atividades moleculares que sustentam um ecossistema microbiano, bem como sobre a biologia celular das diversas espécies microbianas reunidas nesse sistema.
O grupo de Patescibacteria analisado nesta última pesquisa pertence às Saccharibacteria. Eles vivem em uma variedade de ambientes terrestres e aquáticos, mas são mais conhecidos por habitarem a boca humana. Fazem parte do microbioma oral humano pelo menos desde a Idade da Pedra Média e têm sido associados à saúde oral humana.
Na boca humana, as Saccharibacteria requerem a companhia de Actinobacteria, que servem como seus hospedeiros. Para entender melhor os mecanismos empregados pelas Saccharibacteria para se relacionarem com seus hospedeiros, os pesquisadores usaram a manipulação genética para identificar todos os genes essenciais para o crescimento de uma Saccharibacterium.
“Estamos tremendamente entusiasmados por ter este vislumbre inicial das funções dos genes incomuns que estas bactérias abrigam”, disse Mougous, professor de microbiologia. “Ao concentrar nossos estudos futuros nesses genes, esperamos desvendar o mistério de como as Saccharibacteria exploram as bactérias hospedeiras para o seu crescimento.”
Os possíveis fatores de interação hospedeiro descobertos no estudo incluem estruturas da superfície celular que podem ajudar as Saccharibacteria a se fixarem nas células hospedeiras e um sistema de secreção especializado que pode ser usado para transportar nutrientes.
Outra aplicação do trabalho dos autores foi a geração de células de Saccharibacteria que expressam proteínas fluorescentes. Com essas células, os pesquisadores realizaram imagens fluorescentes microscópicas de lapso de tempo de Saccharibacteria crescendo com suas bactérias hospedeiras.
“As imagens de lapso de tempo de culturas de células hospedeiras de Saccharibacteria revelaram uma complexidade surpreendente no ciclo de vida dessas bactérias incomuns”, observou S. Brook Peterson, cientista sênior do laboratório Mougous.
Os pesquisadores relataram que algumas Saccharibacteria servem como células-mãe, aderindo à célula hospedeira e brotando repetidamente para gerar pequenos descendentes. Esses pequenos passam a procurar novas células hospedeiras. Parte da progênie, por sua vez, tornou-se células-mãe, enquanto outras pareciam interagir de forma improdutiva com o hospedeiro.
Os investigadores pensam que estudos adicionais de manipulação genética abrirão a porta para uma compreensão mais ampla do papel daquilo que descreveram como “as ricas reservas de matéria escura microbiana que estes organismos contêm” e potencialmente descobrirão mecanismos biológicos ainda inimagináveis.
Este estudo interdisciplinar e colaborativo foi promovido pelo recém-criado Microbial Interactions & Microbiome Center (chamado pela sigla mim_c), dirigido por Mougous. A missão do mim_c é reduzir as barreiras aos estudos de pesquisa do microbioma e promover colaborações por meio de conexões de pesquisadores de todas as disciplinas com ideias semelhantes. Aqui, mim_c foi o catalisador da união do laboratório Mougous com o especialista em microbioma oral Jeffrey McClean no Departamento de Periodontia da Faculdade de Odontologia da UW.
Os principais autores deste estudo foram Yaxi Wang e Larry A. Gallagher, do Departamento de Microbiologia da UW. Os autores seniores foram Baliga, Peterson e Mougous. Os bioquímicos Qian Cong, da University of Texas Southwestern, e David Baker e outros pesquisadores do UW Medicine Institute for Protein Design também contribuíram para o trabalho, junto com McClean.
Mougous e Baker são investigadores do Howard Hughes Medical Institute. Mougous ocupa a cátedra Lynn M. e Michael D. Garvey Endowed Chair na Universidade de Washington.
O estudo foi apoiado por doações dos Institutos Nacionais de Saúde (RO1AI128215, RO1AI141953 e R01DE023810), National Science Foundation (MCB-2105570, IIBR -2042948, IOS-2050550, Agência de Redução de Ameaças de Defesa do Departamento de Defesa (HDTRAA1-21-1 -007), Fundação Bill & Melinda Gates (OPP1156262), Fundação Welch, (I-2095-20220331).
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