Em uma floresta de mangue do Caribe, cientistas descobriram uma espécie 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 mais conhecidas, como a Escherichia coli. “Seria como conhecer outro humano do tamanho do Monte Everest”, disse Jean-Marie Volland, microbiologista do Joint Genome Institute em Berkeley, Califórnia.
Dr. Volland e seus colegas Publicados seu estudo da bactéria, chamado Thiomargarita magnifica, na quinta-feira na revista Science.
Os cientistas já pensaram que as bactérias eram simples demais para produzir células grandes. Mas Thiomargarita magnifica acaba por ser notavelmente complexa. Com a maior parte do mundo bacteriano ainda a ser explorada, é inteiramente possível que bactérias ainda maiores e ainda mais complexas estejam esperando para serem descobertas.
Já se passaram cerca de 350 anos desde que o moedor de lentes holandês Antonie van Leeuwenhoek descobriu as bactérias raspando os dentes. Quando ele colocou a placa dentária sob um microscópio primitivo, ficou surpreso ao ver organismos unicelulares nadando. Nos três séculos seguintes, os cientistas encontraram muitos outros tipos de bactérias, todas invisíveis a olho nu. Uma célula de E. coli, por exemplo, mede cerca de dois mícronsou menos de dez milésimos de polegada.
Cada célula bacteriana é seu próprio organismo, o que significa que pode crescer e se dividir em um par de novas bactérias. Mas as células bacterianas geralmente vivem juntas. Os dentes de Van Leeuwenhoek foram revestidos com uma película gelatinosa contendo bilhões de bactérias. Em lagos e rios, algumas células bacterianas se unem para formar pequenas filamentos.
Nós, humanos, somos organismos multicelulares, nossos corpos são compostos de cerca de 30 trilhões de células. Embora nossas células também sejam invisíveis a olho nu, elas são tipicamente muito maiores do que as das bactérias. Um óvulo humano pode atingir cerca de 120 mícrons de diâmetro, ou cinco milésimos de polegada.
As células de outras espécies podem crescer ainda mais: a alga verde Caulerpa taxifolia produz células em forma de lâmina que podem crescer até um pé de comprimento.
À medida que o abismo entre as células pequenas e grandes surgiu, os cientistas procuraram a evolução para dar sentido a isso. Animais, plantas e fungos pertencem à mesma linhagem evolutiva, chamada de eucariotos. Os eucariotos compartilham muitas adaptações que os ajudam a construir células grandes. Os cientistas raciocinaram que, sem essas adaptações, as células bacterianas teriam que permanecer pequenas.
Para começar, uma grande célula precisa de suporte físico para que não desmorone ou se desfaça. As células eucarióticas contêm fios moleculares rígidos que funcionam como postes em uma tenda. As bactérias, porém, não têm esse esqueleto celular.
Uma célula grande também enfrenta um desafio químico: à medida que seu volume aumenta, leva mais tempo para as moléculas se moverem e encontrarem os parceiros certos para realizar reações químicas precisas.
Os eucariotos desenvolveram uma solução para esse problema preenchendo as células com compartimentos minúsculos onde podem ocorrer formas distintas de bioquímica. Eles mantêm seu DNA enrolado em um saco chamado núcleo, junto com moléculas que podem ler genes para produzir proteínas, ou as proteínas produzem novas cópias de DNA quando uma célula se reproduz. Cada célula gera combustível dentro de bolsas chamadas mitocôndrias.
As bactérias não possuem os compartimentos encontrados nas células eucarióticas. Sem um núcleo, cada bactéria normalmente carrega uma alça de DNA flutuando livremente em seu interior. Eles também não têm mitocôndrias. Em vez disso, eles normalmente geram combustível com moléculas embutidas em suas membranas. Esse arranjo funciona bem para células minúsculas. Mas à medida que o volume de uma célula aumenta, não há espaço suficiente na superfície da célula para moléculas geradoras de combustível suficientes.
A simplicidade das bactérias parecia explicar por que elas eram tão pequenas: elas simplesmente não tinham a complexidade essencial para crescer.
No entanto, essa conclusão foi feita às pressas, de acordo com Shailesh Date, fundador do Laboratório de Pesquisa em Sistemas Complexos em Menlo Park, Califórnia, e co-autor com o Dr. Volland. Os cientistas fizeram generalizações abrangentes sobre as bactérias depois de estudar apenas uma pequena porção do mundo bacteriano.
“Acabamos de arranhar a superfície, mas temos sido muito dogmáticos”, disse ele.
Esse dogma começou a rachar na década de 1990. Os microbiologistas descobriram que algumas bactérias evoluíram de forma independente em seus próprios compartimentos. Eles também descobriram espécies que eram visíveis a olho nu. Epulopiscium fishelsonipor exemplo, veio à tona em 1993. Vivendo dentro do peixe-cirurgião, a bactéria cresce até 600 mícrons de comprimento – maior que um grão de sal.
Olivier Gros, biólogo da Universidade das Antilhas, descobriu Thiomargarita magnifica em 2009 enquanto pesquisava as florestas de mangue de Guadalupe, um aglomerado de ilhas do Caribe que fazem parte da França. O micróbio parecia pedaços em miniatura de espaguete branco, formando uma camada em folhas de árvores mortas flutuando na água.
A princípio, o Dr. Gros não sabia o que havia encontrado. Ele pensou que o espaguete poderia ser fungos, esponjas minúsculas ou algum outro eucarioto. Mas quando ele e seus colegas extraíram DNA de amostras no laboratório, revelaram que eram bactérias.
Dr. Gros uniu forças com Dr. Volland e outros cientistas para olhar mais de perto os organismos estranhos. Eles se perguntaram se as bactérias eram células microscópicas unidas em cadeias.
Isso acabou não sendo o caso. Quando os pesquisadores espiaram dentro do macarrão bacteriano com microscópios eletrônicos, perceberam que cada um era sua própria célula gigantesca. A célula média media cerca de 9.000 mícrons de comprimento, e a maior tinha 20.000 mícrons – o suficiente para abranger o diâmetro de um centavo.
Os estudos sobre Thiomargarita magnifica avançaram lentamente porque o Dr. Vallant e seus colegas ainda precisam descobrir como cultivar a bactéria em seu laboratório. Por enquanto, o Dr. Gros precisa coletar um novo suprimento da bactéria toda vez que a equipe quiser realizar um novo experimento. Ele pode encontrá-los não apenas em folhas, mas em conchas de ostras e garrafas plásticas sobre os sedimentos ricos em enxofre na floresta de mangue. Mas as bactérias parecem seguir um ciclo de vida imprevisível.
“Nos últimos dois meses, não consigo encontrá-los”, disse o Dr. Gros. “Não sei onde eles estão.”
Dentro das células de Thiomargarita magnifica, os pesquisadores descobriram uma estrutura bizarra e complicada. Suas membranas têm muitos tipos diferentes de compartimentos embutidos nelas. Esses compartimentos são diferentes daqueles em nossas próprias células, mas podem permitir que Thiomargarita magnifica cresça para tamanhos enormes.
Alguns dos compartimentos parecem ser fábricas de geração de combustível, onde o micróbio pode aproveitar a energia em nitratos e outros produtos químicos que consome no mangue.
Thiomargarita magnifica também tem outros compartimentos que se parecem notavelmente com núcleos humanos. Cada um dos compartimentos, que os cientistas chamam de pepinos por causa das pequenas sementes de frutas como kiwis, contém um loop de DNA. Enquanto uma célula bacteriana típica tem apenas um loop de DNA, Thiomargarita magnifica tem centenas de milhares deles, cada um dentro de sua própria pepina.
Ainda mais notável, cada pepina contém fábricas para construir proteínas a partir de seu DNA. “Eles têm essencialmente pequenas células dentro das células”, disse Petra Levin, 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 crie as proteínas extras de que precisa para crescer. Cada pepina pode produzir um conjunto especial de proteínas necessárias em sua própria região da bactéria.
Dr. Volland e seus colegas esperam que, depois de começarem a cultivar a bactéria, possam confirmar essas hipóteses. Eles também abordarão outros mistérios, como como a bactéria consegue ser tão resistente sem um esqueleto molecular.
“Você pode tirar um único filamento da água com uma pinça e colocá-lo em outro recipiente”, disse Volland. “Como se mantém e como adquire sua forma – essas são perguntas que não respondemos.”
O Dr. Date disse que pode haver mais bactérias gigantes esperando para serem encontradas, talvez até maiores do que Thiomargarita magnifica.
“O quão grande eles podem chegar, nós realmente não sabemos”, disse ele. “Mas agora, essa bactéria nos mostrou o caminho.”
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