A maior bactéria alguma vez descoberta altera a nossa visão sobre o mundo unicelular

Para os cientistas, encontrar este micróbio enorme e estranhamente complexo é como “encontrar um humano... com a mesma altura que o Monte Evereste”.

Por Sanjay Mishra
Publicado 27/06/2022, 12:47
conceito artístico

Este conceito artístico representa a bactéria gigante Thiomargarita magnifica em crescimento em folhas submersas nos mangais nas Caraíbas.

Fotografia por Illustration by Noémie Erin

Geralmente costumamos pensar que as bactérias são organismos tão minúsculos que só podem ser observados através de um microscópio. Mas os cientistas descobriram uma bactéria gigante à espreita em folhas a apodrecer nas águas salobras de um mangal em Guadalupe, nas Antilhas Menores.

Esta bactéria é tão grande que pode ser facilmente observada a olho nu. Mas o tamanho não é a única característica surpreendente deste micróbio longo e filamentoso; a sua estrutura é mais complexa do que a de qualquer outra bactéria descoberta até agora e, ao contrário da maioria, armazena o seu ADN em pequenos pacotes muito organizados.

Esquerda: Superior:

Filamentos da Thiomargarita magnifica, a maior bactéria descoberta até agora. Esta bactéria ultrapassa em 50 vezes o recorde estabelecido anteriormente por outra bactéria.

Fotografia por Jean-Marie Volland
Direita: Fundo:

A Thiomargarita magnifica foi descoberta nos mangais das Antilhas francesas e pertence ao género Thiomargarita.

Fotografia por Image by Jean-Marie Volland

A bactéria Thiomargarita magnifica ao lado de uma moeda de 10 centavos dos EUA.

Fotografia por Tomas Tyml

As bactérias gigantes descobertas anteriormente, algumas das quais também podem formar filamentos com centímetros de comprimento, são compostas por centenas ou milhares de células. Mas a bactéria recém-descoberta, que tem aproximadamente a forma e o tamanho de um cílio, é uma só célula bacteriana. “Quando percebi que uma bactéria filamentosa deste tamanho era na verdade apenas uma bactéria, foi um momento revelador”, diz em entrevista à National Geographic Jean-Marie Volland, o biólogo marinho do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley que liderou a pesquisa.

A designação científica Thiomargarita magnifica deve-se ao tamanho e às pérolas de enxofre encontradas no interior da célula. Esta bactéria, para além de ser mais de mil vezes maior do que uma bactéria típica, também é mais longa do que muitos animais multicelulares, como as moscas-da-fruta. Em conferência de imprensa, Jean-Marie Vollard disse que “descobrir esta bactéria é como encontrar um humano da mesma altura que o Monte Evereste”.

“A descoberta desta nova bactéria Thiomargarita faz-nos apreciar ainda mais a incrível diversidade do mundo microbiano e as intrincadas adaptações estruturais e genómicas das bactérias, que lhes permitem atingir tamanhos celulares que ninguém esperaria”, diz Andreas Teske, biólogo marinho da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill. Andreas Teske foi uma das pessoas que descobriu a recordista para o tamanho anterior, a Thiomargarita namibiensis.

É uma imagem impressionante de que as bactérias são muito mais complexas, organizadas e versáteis do que pensávamos, diz Chris Greening, microbiologista da Universidade Monash, na Austrália, que não esteve envolvido na descoberta. “As bactérias continuam a contrariar as descrições que temos nos livros.”

As bactérias não são simples

Em 1999, Andreas Teske e outros cientistas descobriram uma bactéria surpreendentemente grande à qual chamaram Thiomargarita namibiensis, ou  “Pérola de Enxofre da Namíbia”. Até agora, esta bactéria – que cresce como se fosse um cordão de missangas brancas, atingindo ocasionalmente os três quartos de milímetro e com tamanho suficiente para ser visível a olho nu – detinha o recorde para a maior bactéria. Porém, a bactéria descoberta nas Caraíbas ultrapassa estas dimensões em mais de 50 vezes.

Petra Anne Levin, microbiologista da Universidade de Washington em St. Louis, que não esteve envolvida na descoberta, não está surpreendida com o tamanho da bactéria. “O essencial a reter é que não devemos subestimar as bactérias como se fossem organismos simples, porque essa definição está desatualizada”, diz Petra Levin. “As bactérias são infinitamente adaptáveis, e é expectável encontrarmos uma vasta gama de tamanhos.”

As bactérias pertencem ao ramo da vida chamado procariota – as criaturas vivas mais básicas. Estes seres são frequentemente descritos, embora com pouca precisão, como um saco de enzimas rodeado por uma única membrana. O que diferencia as células procarióticas bacterianas das células eucarióticas – que incluem células animais, vegetais e fúngicas – é não terem um núcleo, que é um compartimento separado onde o ADN está alojado, explica Danny Ionescu, microbiologista aquático do Instituto Leibniz de Ecologia de Água Doce e Pescarias Interiores, na Alemanha. “Existem muitas outras diferenças fisiológicas funcionais, mas esta é a que as diferencia dos eucariontes, como nós.”

A bactéria recém-descoberta desafia esta definição porque “empacota” o seu material genético em compartimentos rodeados por membranas que parecem um núcleo primitivo.

A bactéria recém-caracterizada foi avistada pela primeira vez por Olivier Gros, biólogo de mangais da Universidade das Antilhas francesas em Guadalupe. “Passo muito tempo dentro de água a observar coisas diferentes nos sedimentos dos mangais. Uma vez, vi estes filamentos brancos muito longos e recolhi-os por curiosidade”, diz Olivier Gros.

Os cientistas do laboratório de Olivier Gros tentaram caracterizar os filamentos, que originalmente pensavam ser um fungo ou outro tipo de organismo multicelular. Mas as primeiras análises sugeriam que estes micróbios provavelmente pertenciam à família das bactérias gigantes Thiomargarita. “Mas não estávamos muito confiantes sobre isso”, diz Olivier Gros.

Jean-Marie Vollard, que era bolseiro de pós-doutoramento no laboratório de Olivier Gros, fez parceria com Shailesh Date, fundador e diretor executivo do Laboratório de Pesquisa em Sistemas Complexos de Menlo Park, para continuar a tentar caracterizar este espécime estranho. O laboratório de Shailesh Date é uma corporação sem fins lucrativos que faz parceria com instituições académicas na realização de investigações transdisciplinares.

“Ficou bastante evidente para todos nós que se tratava de uma bactéria enorme, e era unicelular”, diz Shailesh Date. Mas o desafio passava por descobrir se este micróbio teria outras características diferentes. Através de uma variedade de técnicas de biologia molecular, Jean-Marie Volland, Shailesh Date e os seus colegas captaram fotografias tridimensionais de grande ampliação destes longos espécimes. Isto permitiu aos investigadores observar cada uma das células enormes que compõem cada filamento.

Uma visão subaquática e superficial dos locais de recolha de amostras nos mangais do arquipélago de Guadalupe, nas Antilhas francesas, entre abril e maio de 2022.

Fotografia por Pierre Yves Pascal

Fotografias aéreas dos mangais do arquipélago de Guadalupe, nas Antilhas francesas, entre abril e maio de 2022.

Fotografia por Hugo Bret

Limites de tamanho

Há muito tempo que se acreditava que as células bacterianas não podiam atingir grandes dimensões por razões que se resumiam à física básica. Por exemplo, quanto maior se torna uma célula, maior é a área de superfície necessária para absorver os nutrientes e a energia para sustentar um organismo mais volumoso.

“Esta bactéria quebra essas regras porque tem uma organização sofisticada, que é semelhante à das células animais e vegetais mais avançadas”, diz Chris Greening.

A equipa de Jean-Marie Vollard mostra que a estrutura da bactéria está subdividida em vários compartimentos que desempenham funções diferentes e aumentam drasticamente as superfícies disponíveis. Esta complexidade pode ajudar o organismo a superar os limites previstos para o tamanho das células bacterianas.

“Nós, enquanto cientistas – devido a determinados limites teóricos – tentamos definir limites para dizer que as bactérias não podem atingir este ou aquele tamanho”, diz Danny Ionescu. “Contudo, aparentemente, as bactérias não leem os nossos livros.”

A bactéria recém-descoberta armazena o seu ADN em compartimentos ligados à membrana, aos quais os cientistas chamaram “grainhas”, porque parecem sementes de frutas.

A estrutura destas “grainhas” obscurece ainda mais a distinção entre células bacterianas e eucarióticas porque nas células a separação do material genético de tudo o resto permite um controlo mais sofisticado e uma maior complexidade, diz Chris Greening.

A Thiomargarita magnifica também é única porque, apesar de todos os gigantes bacterianos apresentarem várias cópias dos seus genomas, esta bactéria tem mais de 700.000 cópias da sua impressão genética numa só célula.

Esta bactéria vai ajudar-nos a descobrir por que razão os genomas eucarióticos, como os das células animais e vegetais, estão a ficar cada vez maiores, escrevem por email Yoichi Kamagata e Hideyuki Tamaki, do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada do Japão.

Jean-Marie Vollard e os seus colegas continuam a examinar os espécimes recolhidos nos mangais, mas já estabeleceram como objetivo cultivar a bactéria em laboratório. O cultivo em laboratório permite aos cientistas compreender como é que a bactéria se reproduz e consegue sustentar tanto material genético.

“Quando as pessoas observam as coisas de perto e prestam atenção, há coisas à espera de serem descobertas”, diz Andreas Teske. “A T. magnifica tem estado escondida à vista de todos num habitat costeiro muito comum, à espera que um microbiologista passe pelo local e se interrogue se não estará perante um novo tipo de Thiomargarita.”

As bactérias não têm uma organização tão complexa e com tantos compartimentos como acontece com os eucariontes, diz Jean-Marie Vollard. “Estas bactérias não formam tecidos organizados em órgãos para gerar organismos complexos. Mas são muito mais complexas em termos de bioquímica. Podem reter carbono, usar açúcares, crescer em todos os tipos de substratos, comunicar umas com as outras e usar todos os tipos de mecanismos complexos – também conseguem demonstrar comportamentos sociais e algumas delas têm ciclos de vida complexos. Portanto, não é verdade que as bactérias são organismos simples e os eucariontes são complexos.”


Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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