Cientistas descobrem a maior bactéria de todos os tempos

Cientistas em uma floresta de mangue no Caribe descobriram um tipo de bactéria que cresce até o tamanho e a forma de um cílio humano.

Essas células são as maiores bactérias já observadas, milhares de vezes maiores do que as bactérias conhecidas, como a Escherichia coli. “Seria como conhecer outro humano do tamanho do Monte Everest”, disse Jean-Marie Foland, microbiologista do Joint Genome Institute em Berkeley, Califórnia.

Dr.. Voland e colegas Publicados Seu estudo de uma bactéria chamada Thiomargarita magnifica foi publicado quinta-feira na revista Science.

Os cientistas já acreditaram que as bactérias eram simples demais para produzir células grandes. Mas Thiomargarita magnifica acaba por ser notavelmente complexa. Como a maior parte do mundo bacteriano ainda não foi explorada, é inteiramente possível que bactérias ainda maiores e mais complexas estejam esperando para serem descobertas.

Já se passaram cerca de 350 anos desde que o moedor de lentes holandês Anthony van Leeuwenhoek descobriu a bactéria raspando os dentes. Quando ele colocou a placa dentária sob um microscópio primitivo, ficou surpreso ao ver organismos unicelulares nadando ao redor. Nos três séculos seguintes, os cientistas encontraram muitos outros tipos de bactérias, todas invisíveis a olho nu. A célula de Escherichia coli, por exemplo, mede cerca de mícronou menos de dez milésimos de polegada.

Cada célula bacteriana é seu próprio organismo, o que significa que ela pode crescer e se dividir em um par de novas bactérias. Mas as células bacterianas geralmente vivem juntas. Os dentes de Van Leeuwenhoek são revestidos com uma película gelatinosa contendo bilhões de bactérias. Em lagos e rios, algumas células bacterianas se unem para serem muito pequenas cordas.

Nós humanos somos criaturas multicelulares, nossos corpos são compostos de cerca de 30 trilhões de células. Embora nossas células não sejam visíveis a olho nu, elas geralmente são muito maiores do que as encontradas nas bactérias. O óvulo humano pode atingir 120 mícrons de diâmetro, ou cinco milésimos de polegada.

As células de outras espécies podem crescer: a alga verde Caulerpa taxifolia produz células em forma de lâmina que podem crescer até comprimento do pé.

À medida que o abismo entre células pequenas e grandes surgiu, os cientistas procuraram a evolução para entendê-lo. Todos os animais, plantas e fungos pertencem à mesma linhagem evolutiva, que são chamados de eucariotos. Os eucariotos compartilham muitas adaptações que os ajudam a construir células grandes. Os cientistas concluíram que, sem essas adaptações, as células bacterianas teriam que permanecer pequenas.

Para começar, uma grande colmeia precisa de suporte físico para que não desmorone ou se rompa. As células eucarióticas contêm fios moleculares rígidos que agem como postes em uma tenda. No entanto, as bactérias não possuem esse citoesqueleto.

A célula grande também enfrenta um desafio químico: à medida que aumenta, as moléculas demoram mais para se deslocar e encontrar os parceiros certos para realizar reações químicas delicadas.

Os eucariotos desenvolveram uma solução para esse problema preenchendo as células com pequenos fragmentos onde podem ocorrer formas distintas de bioquímica. Eles mantêm o DNA envolto em um saco chamado núcleo, junto com moléculas que podem ler genes para produzir proteínas, ou proteínas produzem novas cópias de DNA quando a célula se reproduz. Cada célula gera combustível dentro de sacos chamados mitocôndrias.

As bactérias não possuem as partes encontradas nas células eucarióticas. Sem núcleo, cada bactéria normalmente carrega um anel de DNA que flutua livremente em seu interior. Eles também não têm mitocôndrias. Em vez disso, eles geram um combustível, geralmente com partículas embutidas em suas membranas. Esse arranjo funciona bem com células pequenas. Mas à medida que a célula cresce, não há espaço suficiente na superfície da célula para moléculas geradoras de combustível.

A simplicidade das bactérias parece explicar por que elas são tão pequenas: elas não tinham a complexidade necessária para crescer.

No entanto, essa conclusão foi feita às pressas, de acordo com Shalish Dett, fundador do Laboratório de Pesquisa em Sistemas Complexos em Menlo Park, Califórnia, e co-autor com o Dr. Voland. Os cientistas fizeram generalizações abrangentes sobre as bactérias depois de estudar uma pequena parte do mundo bacteriano.

“Nós apenas arranhamos a superfície”, disse ele, “mas éramos muito dogmáticos”.

Essa ortodoxia começou a ruir na década de 1990. Microbiologistas descobriram que algumas bactérias desenvolveram independentemente seus próprios compartimentos. Eles também descobriram espécies que eram visíveis a olho nu. Epulopiscium fishelsonipor exemplo, apareceu em 1993. Ao viver dentro de um peixe cirurgião, as bactérias crescem 600 mícrons de comprimento – maior que um grão de sal.

Thiomargarita magnifica foi descoberta por Olivier Gros, biólogo da Universidade das Antilhas em 2009 enquanto pesquisava florestas de mangue em Guadalupe, um grupo de ilhas do Caribe que fazem parte da França. O micróbio parecia pedacinhos de espaguete branco, formando uma camada na folhagem morta que flutuava na água.

A princípio, o Dr. Gross não sabia o que havia encontrado. Pensava-se que o espaguete poderia ser um fungo, uma pequena esponja ou algum outro eucarioto. Mas quando ele e seus colegas extraíram DNA de amostras no laboratório, descobriram que eram bactérias.

Dr. Gross juntou forças com Dr. Voland e outros cientistas para pesquisar mais de perto as criaturas alienígenas. Eles se perguntaram se as bactérias eram células microscópicas presas em cadeias.

Acontece que este não é o caso. Quando os pesquisadores espiaram dentro da massa bacteriana usando microscópios eletrônicos, perceberam que cada uma era sua própria célula gigante. A célula média tem cerca de 9.000 mícrons de comprimento, e a maior tem 20.000 mícrons – o suficiente para abranger um centavo de diâmetro.

Os estudos de Thiomargarita magnifica avançaram lentamente porque o Dr. Valante e seus colegas ainda não descobriram como cultivar a bactéria em seu laboratório. Atualmente, o Dr. Gross precisa coletar um novo suprimento de bactérias toda vez que a equipe quiser realizar um novo experimento. Ele pode encontrá-lo não apenas em folhas, mas em conchas de ostras e garrafas plásticas encontradas em sedimentos ricos em enxofre na floresta de mangue. Mas as bactérias parecem seguir um ciclo de vida inesperado.

“Nos últimos dois meses, não os encontrei”, disse Gross. “Eu não sei onde eles estão.”

Dentro das células de Thiomargarita magnifica, pesquisadores descobriram uma estrutura estranha e complexa. Suas membranas têm diferentes tipos de compartimentos embutidos nelas. Esses compartimentos são diferentes daqueles em nossas células, mas podem permitir que Thiomargarita magnifica cresça para tamanhos enormes.

Algumas das câmaras parecem ser usinas de combustível, onde o micróbio pode aproveitar a energia dos nitratos e outros produtos químicos que consome nas florestas de mangue.

Thiomargarita magnifica também contém outros compartimentos que se parecem notavelmente com núcleos humanos. Cada compartimento, que os cientistas chamaram de pepino em homenagem às minúsculas sementes de uma fruta como o kiwi, contém um anel de DNA. Enquanto uma célula bacteriana típica contém apenas uma alça de DNA, Thiomargarita magnifica tem centenas de milhares deles, cada um dentro de sua própria pipeta.

Mais importante ainda, cada Pepin contém fábricas para construir proteínas a partir de seu DNA. “Eles têm basicamente pequenas células dentro das células”, disse Petra Levine, microbiologista da Universidade de Washington em St. Louis, que não esteve envolvida no estudo.

O enorme suprimento de DNA da Thiomargarita magnifica pode permitir que ela produza as proteínas adicionais de que precisa. Cada Pepin pode fazer um conjunto especial de proteínas necessárias em sua própria região de bactérias.

Dr. Voland e seus colegas esperam que, depois de começarem a cultivar a bactéria, possam confirmar essas hipóteses. Eles também abordarão outros mistérios, como como as bactérias podem ser tão resistentes sem um esqueleto molecular.

“Você pode tirar um fio de água com uma pinça e colocá-lo em outra tigela”, disse Foland. “Como se mantém e como toma forma – essas são perguntas que não respondemos.”

Dr. Deet disse que pode haver mais bactérias gigantes esperando para serem encontradas, talvez até maiores do que Thiomargarita magnifica.

“O quanto eles podem alcançar, nós realmente não sabemos”, disse ele. “Mas agora, essas bactérias nos mostraram o caminho.”