Mais uma lição das bactérias: dão de comer a quem tem fome

Por Rita Zilhão                                                                                                                                Profa. da Faculdade de Ciências de Lisboa – Portugal

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Imagens de micrográficas de estruturas nanotubulares que ligam células bacterianas deficientes em diferentes aminoácidos, permitindo uma alimentação cruzada. a) 
Cocultura de 24 horas de duas estirpes de E. coli; b) Cocultura de 24 horas de A. baylyi e E. coli. Barras de escala, 0.2 mm.

Imagens de micrográficas de estruturas nanotubulares que ligam células bacterianas deficientes em diferentes aminoácidos, permitindo uma alimentação cruzada. a) 
Cocultura de 24 horas de duas estirpes de E. coli; b) Cocultura de 24 horas de A. baylyi e E. coli. Barras de escala, 0.2 mm.

Os microrganismos são omnipresentes na Terra e as suas atividades metabólicas contribuem significativamente para o equilíbrio de muitos ecossistemas. Na maioria dos casos, os micróbios existem em comunidades cuja composição é determinada pelas interações complexas que existem entre os seus membros e os fatores ambientais. A limitação de nutrientes sempre exerceu uma forte pressão seletiva na evoluçãode diversas estratégias de sobrevivência e, por essa razão, pode estar na origem da imensa riqueza de interações que se observam nas comunidades microbianas.

Dos diferentes tipos de interações, sabe-se que as interações metabólicas entre duas bactérias se baseiam fundamentalmente no seu contato físico ou na liberação de moléculas químicas para o ambiente. Existem, assim, espécies de bactérias que desenvolveram estratégias que lhes permitem entregar determinadas moléculas a células receptoras específicas, quer através de vesículas, ou devido à fusão transiente das suas membranas externas, ou ainda formando diferentes tipos de canais entre as mesmas.

Dados recentes sugeriram que porções do citoplasma podem ser trocadas entre células interligadas. Estas observações levaram um grupo de investigadores a pesquisar se alguns tipos de conexões intercelulares, como as acima mencionadas, serviriam para uma transferência dirigida de constituintes citoplasmáticos específicos mas com uma função nutricional, i.e., que pudessem enfrentar ou contrariar uma situação de stress nutricional. Utilizando meios sintéticos e condições experimentais que permitiam a alimentação cruzada entre duas espécies bacterianas – Escherichia coli e Acinetobacter baylyi – observaram que E. coli, mas não A. baylyi, era capaz de satisfazer as suas necessidades metabólicas ligando-se a outras bactérias através da formação de pequenos tubos, designados de nanotubos. Não só a ausência de genes essenciais nas bactérias envolvidas no estudo induzia a formação nanotubos, como a sua formação deixava de se estabelecer quando os compostos em falta eram fornecidos externamente. Curiosamente, as interações ocorriam entre células da mesma espécie ou de espécies diferentes. Assim, OS CIENTISTAS DESCOBRIRAM QUE E. coli, e provavelmente outras bactérias, têm a capacidade de, de um modo dirigido e dependendo do estado nutricional das bactérias envolvidas, ajudar à sobrevivência destas no seu ambiente natural através da troca de nutrientes citoplasmáticos.

Mas vamos um pouco mais além: numa das experiências realizada por estes investigadores, em que analisaram culturas de duas estirpes de E. coli com genótipos diferentes, em que cada uma necessitava de um diferente aminoácido para crescer, observou-se um aumento de fitness* para ambas as bactérias quando ocorria uma alimentação cruzada, relativamente à estirpe selvagem (estirpe com capacidade para sintetizar os dois aminoácidos). Poder-se-á então pensar que a grande variação observada no genoma de E. coli, nomeadamente a perda de funções biossintéticas aparentemente essenciais para esta bactéria, se deve à sua capacidade de compensar as suas deficiências metabólicas através da sua ligação com outras células. Por outro lado, a possibilidade de ligação de duas ou mais bactérias através de nanotubos ajudará a distribuir as funções metabólicas dentro das comunidades microbianas e pode estender significativamente o seu repertório bioquímico sem a necessidade de troca genética. Mas, … não generalizemos: provavelmente a transferência intercelular direta via nanotubos minimiza a perda por difusão de compostos, reduzindo os custos fisiológicos da produção de metabólitos e, por essa razão, será mais relevante em meios aquosos ou meios com escassez de nutrientes. Contudo, em habitats ricos em nutrientes como o leite, ou quando um metabólito é libertado em elevadas concentrações, ou quando as células estão muito próximas como é o caso dos biofilmes, poderá ser mais eficiente transferir metabólitos por difusão do que ativar um mecanismo de transferência dependente do contato.

As descobertas relativas à comunicação entre bactérias e ao seu modo de relacionamento em comunidade têm-se revelado poderosas no combate a doenças infecciosas, na indústria e, curiosamente, até no próprio comportamento social do ser humano. De facto, pode-se dizer que com esta descoberta as bactérias nos recordam uma lição intemporal: dai de comer a quem tem fome.

*fitness– capacidade de uma célula se dividir e que traduz o seu bem-estar fisiológico

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