Ciência

Simbiose de Cupins em Transição

Análises genéticas mostram como as capacidades metabólicas das bactérias simbióticas no intestino dos cupins mudaram ao longo da evolução

Porotermes adamsoni – uma das espécies de cupins mais originais que se desenvolvem exclusivamente na madeira com a ajuda de microrganismos simbióticos em seu trato digestivo.

Pesquisadores do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre em Marburg, Alemanha, analisaram o desenvolvimento evolutivo de bactérias simbióticas nos intestinos dos cupins no que diz respeito às suas capacidades metabólicas. Os resultados mostram que algumas cepas de bactérias podem, de fato, já ter iniciado o caminho de serem benéficas para se tornarem parasitas.

Não apenas os humanos ou o gado ruminante têm miríades de micróbios vivendo em seus intestinos. Os intestinos de muitas espécies de cupins, que se alimentam da decomposição de componentes da madeira de difícil digestão, estão repletos de numerosos ajudantes unicelulares, os chamados flagelados. Estes, por sua vez, são colonizados por bactérias. Os endossimbiontes bacterianos vivem dentro ou sobre os flagelados eucarióticos e fornecem-lhes nutrientes no intestino dos cupins. Uma equipe liderada pelo cientista Andreas Brune, do Marburg Max Planck, quer compreender melhor os detalhes da coabitação e, acima de tudo, o desempenho metabólico globalmente importante das bactérias. Isto ocorre porque a contribuição dos micróbios cupins para o equilíbrio global do metano não é insignificante. Além disso, a capacidade dos simbiontes microbianos de converter componentes de madeira em blocos de construção potencialmente valiosos também atraiu o interesse de pesquisadores durante anos.

Endomicrobia: um excelente caso para estudos evolutivos

No seu último estudo, a equipa de Andreas Brune investigou como surgiu a parceria entre flagelados e bactérias e como o desempenho metabólico das bactérias está correlacionado com este desenvolvimento evolutivo. Esta abordagem é normalmente limitada pelo facto de já não existirem parentes próximos que vivam independentemente fora das células hospedeiras. Neste caso, os investigadores tiveram sorte: um grupo de bactérias chamado Endomicrobia contém formas de vida livre e endossimbiontes dos flagelados.

Os pesquisadores analisaram as informações genéticas de cepas bacterianas associadas a diferentes cupins usando sequenciamento do metagenoma. “Quando analisamos os resultados, percebemos que as bactérias Endomicrobia que habitam os flagelados perderam muitos genes ao longo do tempo”, explica Undine Mies, candidata a doutorado no grupo. Contudo, esta perda foi compensada pela aquisição de novas funções através da transferência de genes de outras bactérias intestinais.

A transferência horizontal de genes fornece novas capacidades metabólicas

“Ao receber genes de outras bactérias no seu ambiente, as bactérias foram mais capazes de mudar o seu metabolismo para utilizar outras fontes de energia, como fosfatos de açúcar”, diz Undine Mies. “Este resultado enfatiza a importância desta transferência horizontal de genes para a coevolução dos organismos”. Os dados também mostram como, no decurso desta evolução, houve uma mudança no metabolismo energético da glicose para os fosfatos de açúcar e, eventualmente, uma perda completa da capacidade de decompor o açúcar.

Em vez disso, as bactérias adquiriram um mecanismo de transporte para a absorção de compostos ricos em energia (antiportadores de ATP/ADP) do ambiente hospedeiro, como é típico das bactérias parasitas. “A perda de quase todas as capacidades biossintéticas em algumas linhagens endomicrobianas e a aquisição do transportador indicam que a relação originalmente mutuamente benéfica entre as bactérias e os flagelados que vivem no intestino pode estar em declínio”, explica Andreas Brune. “Numa próxima etapa, queremos agora investigar até que ponto as tarefas originais dos simbiontes endomicrobianos estão a ser substituídas por outros simbiontes secundários. Isto contribuirá para a compreensão geral de como a Natureza evita becos sem saída na evolução das simbioses.”

Redução do genoma e transferência horizontal de genes na evolução da endomicrobia – ascensão e queda de uma simbiose intracelular com flagelados intestinais de cupins

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