Pesquisadoras descobrem nova espécie de microrganismo adaptado a frio e calor extremos na Antártida

Danilo Albergaria | Agência FAPESP * – Uma nova espécie de arqueia, um microrganismo adaptado às temperaturas extremas das fumarolas de uma ilha vulcânica da Antártida, foi descoberta por pesquisadoras do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (IO-USP). A identificação contribui para a compreensão de seus mecanismos de adaptação e pode iluminar como micróbios poderiam sobreviver em ambientes extremos fora da Terra.

Publicado em março deste ano no periódico ISME Communications, o estudo mostra como o genoma da espécie descoberta indica alta capacidade de adaptação a variações extremas de temperatura. “É como se ela tivesse um kit de sobrevivência molecular”, aponta a bióloga Ana Carolina Butarelli, primeira autora do artigo. O novo microrganismo extremófilo foi identificado por meio da reconstrução de genomas sequenciados a partir de amostras coletadas na ilha antártica Decepción (leia mais em: agencia.fapesp.br/55789).

A ilha é um vulcão ativo cuja caldeira está inundada pelas águas geladas do oceano antártico. É um ambiente marcado por mudanças bruscas de temperatura, onde a água próxima do ponto de congelamento está perto de regiões muito quentes. Butarelli explica que essas condições, em conjunto com os compostos químicos liberados pela atividade vulcânica, podem desestruturar moléculas essenciais de uma célula. Isso não ocorre com a arqueia descoberta: ela tem genes associados a proteínas que protegem essas moléculas. “Esses escudos ajudam a manter o DNA estável mesmo sob estresse térmico intenso”, diz a pesquisadora.

Conduzida no Laboratório de Extremófilos Marinhos (ExtreMar) do IO-USP, a pesquisa é parte de um projeto com financiamento da FAPESP e do Instituto Serrapilheira sob a liderança da professora Amanda Bendia, bióloga e coautora do novo estudo. Focado em aprofundar o conhecimento das arqueias – incluindo a busca por espécies em subsuperfície marinha e em cavernas brasileiras – o projeto também explora possíveis condições habitáveis em luas do sistema solar que apresentam grandes oceanos debaixo de uma espessa camada de gelo, como Encélado e Europa.

A ilha Decepción é um ambiente marcado por mudanças bruscas de temperatura, onde a água próxima do ponto de congelamento está perto de regiões muito quentes (imagem: Andrew Shiva/Wikimedia Commons)

Uma biblioteca genética

As amostras em que a nova arqueia foi identificada foram colhidas há mais de dez anos por Bendia durante expedições do Programa Antártico Brasileiro (PROANTAR). Em sua pesquisa de doutorado, com bolsa da FAPESP, Bendia usou a técnica da metagenômica para sequenciar genomas das comunidades de microrganismos presentes nessas amostras.

Butarelli revisitou os dados dessas amostras. “É como acessar uma grande biblioteca genética de diferentes ambientes”, diz a bióloga. Com técnicas de reconstrução de genomas sequenciados por metagenômica, as pesquisadoras compararam os genomas reconstruídos com os encontrados em bancos de dados e perceberam que tinham encontrado uma linhagem ainda desconhecida de arqueia. “Imagine pegar milhares de livros diferentes, triturá-los em pequenos pedaços e depois usar computadores para reorganizar esses fragmentos e descobrir de quais livros eles vieram”, explica Butarelli. No caso da metagenômica, segundo a analogia, os “livros” são os genomas dos microrganismos que vivem naquele ambiente.

Como a espécie foi descoberta pela reconstrução metagenômica e ainda não foi isolada e cultivada em laboratório, recebe o prefixo candidata antes do nome proposto pelas pesquisadoras, Pyroantarticum pellizari, em homenagem à bióloga Vivian Pellizari, veterana professora do IO-USP e orientadora do doutorado de Butarelli. Uma das principais referências em pesquisas com extremófilos no Brasil, Pellizari também assina o estudo.

Os biólogos distinguem três grandes domínios na árvore da vida: o das arqueias, o das bactérias e o dos eucariontes. O último reúne todos os seres vivos constituídos de células com um núcleo delimitado por uma membrana, o que inclui muitos microrganismos e todos os animais e vegetais. As arqueias e as bactérias não têm núcleo.

Uma diferença crucial faz com que se saiba muito menos sobre as arqueias, que existiam há mais de 3,5 bilhões de anos e estão entre os primeiros seres vivos do planeta: as bactérias são facilmente cultiváveis em laboratório; as arqueias, não.

Por isso, a maioria das arqueias são conhecidas apenas pelo sequenciamento genético das amostras com novas técnicas como a metagenômica. Bendia explica que manter as arqueias vivas, da coleta na Antártida ao transporte para o ExtreMar, envolve uma logística extremamente difícil e complexa, sendo necessário manter a amostra a temperaturas muito elevadas e sem oxigênio. Mesmo assim, a bióloga diz que vai tentar fazer um meio de cultura para isolar a nova espécie, e estima que a amostra poderá ser coletada numa nova expedição do PROANTAR no final deste ano.

Relevância para a astrobiologia

Algumas das luas dos planetas gigantes gasosos do sistema solar têm oceanos de água líquida debaixo de uma espessa superfície de gelo. Europa (lua de Júpiter) e Encélado (lua de Saturno) mostram sinais de que seus oceanos estão em contato com um interior rochoso muito quente, de maneira análoga às fontes hidrotermais terrestres. Na Terra, esses ambientes de oceano profundo são povoados por fumarolas submarinas que abrigam comunidades de microrganismos extremófilos, adaptados a altas temperaturas e capazes de gerar matéria orgânica a partir de compostos inorgânicos.

Butarelli explica que a descoberta da Pyroantarticum pellizari pode ser importante para a compreensão da vida fora da Terra pois dá mais um indicativo de como microrganismos poderiam ter se adaptado a condições análogas nas luas geladas: essas arqueias podem viver sem luz e obtêm energia sem oxigênio. A bióloga Francielli Peres, outra coautora do estudo, foi a responsável por explorar a ligação dos resultados com a astrobiologia.

O biólogo William Medeiros, pós-doutorando e pesquisador no Laboratório de Biologia Sintética da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), que não participou do estudo, ressalta a importância da descoberta de uma nova linhagem de arqueia para a compreensão de uma grande diversidade biológica que, durante muito tempo, esteve praticamente indetectável por conta da dependência do cultivo em laboratório para a identificação de novas espécies. Também comentando a pesquisa, a bióloga Cristina Nakayama, professora da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), ressalta que a arqueia identificada tem um arsenal genético que a capacita a enfrentar a variação constante não apenas de extremos de temperatura, mas também da disponibilidade de oxigênio, salinidade, nutrientes e fontes de energia. “Colocaram mais uma peça no quebra-cabeças da evolução das arqueias”, celebra.

O estudo Hot life in Antarctica: a novel metabolically versatile Pyrodictiaceae genus thriving at a volcanic-cryosphere-marine interface pode ser lido em: academic.oup.com/ismecommun/article/6/1/ycag080/8550909.

* Danilo Albergaria é bolsista de Jornalismo Científico da FAPESP vinculado ao Núcleo de Apoio à Pesquisa e Inovação em Astrobiologia e ao Laboratório de Astrobiologia da USP.
 

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