Cientistas descobrem o motor secreto das mudanças climáticas

O estudo revela que os microrganismos, uma vez infectados, contêm novos genes geradores de metano.

Um estudo recente revela que os vírus que infectam micróbios contribuem para as alterações climáticas, desempenhando um papel fundamental na ciclagem do metano, um poderoso gás com efeito de estufa, através do ambiente.

Ao analisar quase 1000 grupos metagenômicos ADN Através de dados de 15 habitats diferentes, desde diferentes lagos até ao interior do estômago de uma vaca, os investigadores descobriram que os vírus microbianos transportam elementos genéticos especiais para controlar os processos de metano, chamados genes metabólicos acessórios (AMGs). Dependendo de onde vivem os organismos, o número destes genes pode variar, sugerindo que o impacto potencial dos vírus no ambiente também varia com base no seu habitat.

Esta descoberta acrescenta uma peça vital para uma melhor compreensão de como o metano interage e se move dentro de diferentes ecossistemas, disse Zhiping Zhong, principal autor do estudo e pesquisador associado do Byrd Polar and Climate Research Center da Ohio State University.

“É importante compreender como os microrganismos conduzem os processos de metano”, disse Zhong, que também é microbiologista cuja investigação estuda como os micróbios evoluem em diversos ambientes. “As contribuições microbianas para o metabolismo do metano têm sido estudadas há décadas, mas a investigação no campo viral permanece pouco estudada e queremos aprender mais.”

O estudo foi publicado na revista Comunicações da Natureza.

O papel dos vírus nas emissões de gases de efeito estufa

Os vírus ajudaram a alimentar todos os processos ecológicos, biogeoquímicos e evolutivos na Terra, mas os cientistas só começaram a explorar as suas ligações às alterações climáticas há relativamente pouco tempo. Por exemplo, o metano é o segundo maior impulsionador das emissões de gases com efeito de estufa, depois do dióxido de carbono, mas é produzido em grande parte por organismos unicelulares chamados archaea.

“Os vírus são a entidade biológica mais abundante na Terra”, disse Matthew Sullivan, coautor do estudo e professor de microbiologia no Centro de Ciências do Microbioma do estado de Ohio. “Aqui, expandimos o que sabemos sobre seus efeitos, adicionando genes do ciclo do metano à longa lista de genes vírus– Genes metabólicos codificados. Nossa equipe procurou responder até que ponto os vírus do “metabolismo microbiano” realmente manipulam durante a infecção.

Embora o papel vital que os micróbios desempenham na aceleração do aquecimento global seja agora bem conhecido, pouco se sabe sobre como os genes relacionados com o metabolismo do metano, codificados pelos vírus que infectam estes micróbios, afectam a produção de metano, disse Zhong. Resolver este mistério foi o que levou Zhong e seus colegas a passar quase uma década coletando e analisando amostras de DNA microbiano e viral de reservatórios microbianos únicos.

Um dos locais mais importantes que a equipa escolheu para estudar é o Lago Vrana, que faz parte de uma reserva natural na Croácia. Nos sedimentos lacustres ricos em metano, os pesquisadores encontraram uma abundância de genes microbianos que influenciam a produção e oxidação do metano. Além disso, exploraram diversas comunidades virais e descobriram 13 tipos de AMGs que ajudam a regular o metabolismo do hospedeiro. No entanto, não há evidências de que esses vírus codifiquem diretamente os próprios genes do metabolismo do metano, sugerindo que o impacto potencial dos vírus no ciclo do metano varia dependendo do seu habitat, disse Zhong.

Impactos na pecuária e no meio ambiente

No geral, o estudo revelou que um número maior de AMGs do metabolismo do metano é mais provável de ser encontrado em ambientes associados ao hospedeiro, como o interior do estômago de uma vaca, enquanto menos desses genes são encontrados em habitats ambientais, como sedimentos lacustres. Uma vez que as vacas e outros animais de criação também são responsáveis ​​pela geração de cerca de 40% das emissões globais de metano, o seu trabalho sugere que a complexa relação entre vírus, organismos e o ambiente como um todo pode estar mais intrinsecamente ligada do que os cientistas pensavam anteriormente.

“Essas descobertas sugerem que os impactos globais causados ​​pelos vírus são subestimados e merecem mais atenção”, disse Zhong.

Embora não esteja claro se as atividades humanas influenciaram a evolução destes vírus, a equipe espera que novos insights deste trabalho aumentem a consciência sobre o poder dos agentes infecciosos que povoam toda a vida na Terra. No entanto, para continuar a aprender mais sobre os mecanismos internos destes vírus, serão necessárias mais experiências para compreender mais sobre as suas contribuições para o ciclo do metano na Terra, disse Zhong, especialmente enquanto os cientistas trabalham para encontrar formas de mitigar as emissões de metano causadas por micróbios.

“Este trabalho é um passo inicial na compreensão dos impactos virais das mudanças climáticas”, disse ele. “Ainda temos muito que aprender.”

Referência: “O potencial viral para modular o metabolismo microbiano do metano varia de acordo com o habitat” por Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić e Matthew B. Sullivan, 29 de fevereiro de 2024, Comunicações da Natureza.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation, pela Croatian Science Foundation, pela Gordon and Betty Moore Foundation, pela Hysing-Simons Foundation, pela União Europeia e pelo Departamento de Energia dos EUA. Os coautores incluem Jinji Du, do estado de Ohio, bem como Stefan Kostelbaker e Petra Bejevac, da Universidade de Viena, e Sandy Orlich, do Instituto Ruder Boškovitch.