A descoberta de um microrganismo 3 em 1 vira os livros didáticos de cabeça para baixo

Os microrganismos desempenham um papel crucial na manutenção do ciclo do enxofre, influenciando os processos climáticos. A pesquisa descobriu diversos microrganismos redutores de sulfato multifuncionais, capazes de reduzir simultaneamente o sulfato e respirar oxigênio, virando de cabeça para baixo o consenso científico anterior. (Conceito técnico.)

O estudo de microrganismos ambientalmente relevantes mostra maior diversidade do que se supunha anteriormente

Uma equipa de investigadores demonstrou que existe na natureza uma biodiversidade incrivelmente elevada de microrganismos ambientalmente relevantes. Esta diversidade é pelo menos 4,5 vezes maior do que a anteriormente conhecida. Os pesquisadores publicaram recentemente suas descobertas em revistas de prestígio Comunicações da Natureza e revisões de microbiologia FEMS.

O mundo oculto dos microrganismos é muitas vezes esquecido, embora muitos processos relacionados com o clima sejam influenciados por microrganismos, frequentemente associados a uma espantosa diversidade de organismos. Classificar Dentro dos grupos de bactérias e arqueas (“arqueobactérias”). Por exemplo, microrganismos redutores de sulfato convertem um terço do carbono orgânico dos sedimentos marinhos em dióxido de carbono. Isso produz sulfeto de hidrogênio tóxico. Do lado positivo, os microorganismos oxidantes de enxofre utilizam-no rapidamente como fonte de energia e tornam-no inofensivo.

“Esses processos também desempenham um papel importante em lagos, pântanos e até mesmo no intestino humano para manter o equilíbrio e a saúde da natureza”, diz o professor Michael Bester, chefe do Departamento de Microrganismos do Leibniz DSMZ e professor do instituto. Microbiologia na Universidade Técnica de Braunschweig. Um estudo examinou mais detalhadamente o metabolismo de um desses novos microrganismos, revelando uma multifuncionalidade que antes era inatingível.

Uma diversidade muito grande de espécies de microrganismos redutores de sulfato foi descoberta. Os redutores de sulfato são agora encontrados em um total de 27 filos dentro de Bacteria e Archaea, em vez dos seis anteriormente conhecidos. Crédito: DSMZ

Balanço crítico do ciclo do enxofre

O ciclo do enxofre é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes e antigos do nosso planeta. Ao mesmo tempo, está intimamente relacionado com os ciclos do carbono e do azoto, o que sublinha a sua importância. É operado principalmente por microrganismos redutores de sulfato e oxidantes de enxofre. Globalmente, os redutores de sulfato desviam cerca de um terço do carbono orgânico que atinge o fundo do mar todos os anos. Em contraste, os oxidantes de enxofre consomem cerca de um quarto do oxigênio dos sedimentos marinhos.

Quando estes ecossistemas ficam desequilibrados, as atividades destes microrganismos podem levar rapidamente ao esgotamento do oxigénio e à acumulação de sulfureto de hidrogénio tóxico. Isto cria “zonas mortas” onde animais e plantas não conseguem mais sobreviver. Isto causa não só danos económicos, por exemplo nas pescas, mas também danos sociais ao destruir importantes áreas recreativas locais. Portanto, é importante compreender quais microrganismos mantêm a homeostase do ciclo do enxofre e como o fazem.

Os resultados publicados mostram que a diversidade de espécies de microrganismos redutores de sulfato inclui pelo menos 27 filos (cepas). Anteriormente, apenas seis filos eram conhecidos. Em comparação, existem 40 filos atualmente conhecidos no reino animal Vertebrados Pertence a apenas um filo, Chordata.

Uma representação esquemática da degradação da pectina vegetal – seja pela redução do sulfato ou pela respiração do oxigênio nas bactérias acidófilas recentemente descobertas. Crédito: DSMZ

Espécies bacterianas multifuncionais recentemente descobertas

Os pesquisadores conseguiram mapear um desses novos “redutores de sulfato” para o filo Acidobacteria, pouco pesquisado, e estudá-lo em um biorreator.

Usando os métodos mais recentes da microbiologia ambiental, eles conseguiram demonstrar que essas bactérias podem obter energia a partir da redução de sulfato e respirar oxigênio. Estas duas vias são geralmente mutuamente exclusivas em todos os microrganismos conhecidos. Ao mesmo tempo, os pesquisadores conseguiram mostrar que as acidobactérias redutoras de sulfato podem quebrar carboidratos vegetais complexos, como a pectina – outra propriedade até então desconhecida dos “redutores de sulfato”.

Os pesquisadores, assim, viraram o conhecimento dos livros didáticos de cabeça para baixo. Eles mostraram que compostos vegetais complexos podem ser degradados sob exclusão de oxigênio, não apenas por uma interação coordenada entre diferentes microrganismos, como se pensava anteriormente, mas também por uma única espécie bacteriana através de um atalho.

Dr. Stefan Dyskma (esquerda) e Prof. Michael Bester ao lado de um biorreator na DSMZ, onde novos “redutores de sulfato” podem ser estudados. Crédito: DSMZ

Outra nova descoberta é que essas bactérias podem utilizar sulfato e oxigênio para essa finalidade. Investigadores do DSMZ e da Universidade Técnica de Braunschweig estão actualmente a investigar como as novas descobertas afectam a interacção entre os ciclos do carbono e do enxofre e como se relacionam com os processos relacionados com o clima.

Referências:

“Respiração de oxigênio e degradação de polissacarídeos por bactérias acidófilas redutoras de sulfato” por Stefan Dijksma e Michael Bester, 10 de outubro de 2023, Comunicações da Natureza.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z

“Diversidade global e ecofisiologia inferida de microrganismos com potencial divergente de redução de sulfato/sulfato” por Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe e Michael Bester, 05 de outubro de 2023, Avaliações de Microbiologia FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058