Uma equipe liderada pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia e pela Universidade de Michigan descobriu que certas bactérias podem roubar um composto essencial de outros micróbios para quebrar o metano e o metilmercúrio tóxico no meio ambiente.

Os resultados podem informar estratégias que visam manipular esses microrganismos para reduzir as emissões de metano, um poderoso gás de efeito estufa, e desintoxicar metilmercúrio, uma neurotoxina potente que pode se acumular no suprimento alimentar.

O estudo, publicado em The ISME Journal , descobriram que certas classes de metanotróficos ou bactérias consumidoras de metano, que antes eram consideradas incapazes de degradar o metilmercúrio, podem na verdade decompô-lo no meio ambiente. Essa atividade é possível porque os micróbios são equipados com a maquinaria celular para absorver e usar um composto chamado metanobactina, que é produzido por outros micróbios.

Metanotrofos são comuns na natureza. Eles vivem perto de interfaces de metano e ar, como a camada superior do solo, sedimentos de rios e pântanos onde podem acessar oxigênio enquanto se alimentam do metano que flui do anóxico, ou deficiente em oxigênio, ambientes abaixo.

Essas bactérias desempenham um papel crítico no ciclo do carbono, consumindo quantidades substanciais de metano gerado por outros micróbios chamados metanógenos. Este contrapeso natural é importante para limitar as emissões de metano, que são 25 vezes mais potentes do que o dióxido de carbono no aquecimento da atmosfera terrestre.

Entender mais sobre a maneira como funcionam os alimentadores de metano pode indicar métodos para usá-los como alavancas para controlar as emissões de metano. O novo conhecimento também pode informar melhor os modelos climáticos que prevêem o futuro do planeta.

Os pesquisadores descobriram esses novos comportamentos metanotróficos enquanto estudavam outro problema global:a poluição por mercúrio. ORNL tem uma longa história de avanços relacionados ao mercúrio, incluindo a descoberta de 2013 dos genes que permitem aos micróbios transformar o mercúrio na toxina metilmercúrio.

Em 2017, uma equipe liderada por ORNL foi a primeira a demonstrar que alguns metanotrofos podem quebrar o metilmercúrio, um processo chamado desmetilação. Suas descobertas mais recentes baseiam-se nessa descoberta, mostrando que mais metanotrofos do que os previamente conhecidos podem degradar o metilmercúrio.

"À medida que ganhamos novos insights sobre atividades metanotróficas, podemos ser capazes de manipular de forma mais eficaz essas comunidades microbianas para reduzir as emissões de metano e melhorar a desintoxicação de mercúrio no meio ambiente, "disse Baohua Gu, um companheiro corporativo ORNL e biogeoquímico.

Produtores e trapaceiros

Os metanotrofos procuram o mais fácil, suprimento de comida mais rápido, com um alvo de compostos de carbono único como metano e metilmercúrio, que têm estruturas químicas semelhantes. Esses micróbios também precisam de cobre para alimentar seus processos metabólicos. É essa necessidade de cobre que pode limitar a atividade metanotrófica, levando os micróbios a buscar fontes de cobre no ambiente usando muitos métodos diferentes.

Alguns metanotrofos usam uma proteína de superfície para proteger o cobre. Outros secretam um composto chamado metanobactina, ou MB, que se liga ao cobre no ambiente e facilita a aquisição de cobre. Descobertas anteriores da equipe mostraram que apenas bactérias com maquinaria genética e metabólica para produzir MB podem quebrar o metilmercúrio.

As últimas descobertas dos pesquisadores demonstram que alguns metanotrofos que não produzem MB podem desintoxicar o metilmercúrio usando MB secretado por outros metanotrofos. Em outras palavras, eles roubam.

"Eles são efetivamente o que chamamos de trapaceiros, "disse o microbiologista da Universidade de Michigan, Jeremy Semrau." Isso já foi observado antes, onde um microrganismo produz algo que é benéfico para a comunidade em geral e outros o roubam. Isso permite que alguns metanotrofos atendam às suas necessidades de cobre. "

A equipe de pesquisa também mostrou que o roubo bem-sucedido de MB requer que os metanotrofos tenham o gene, chamado mbnT, que permite a produção de uma proteína específica chamada transportador TonB. Apropriadamente chamado, esta proteína move MB - e o cobre associado - para o micróbio, permitindo a quebra de metilmercúrio e metano.

Cientistas da U-M desenvolveram uma cepa de metanotróficos sem o gene mbnT, e a equipe do ORNL analisou o mercúrio nas amostras. A remoção do gene mbnT e da proteína transportadora nesses micróbios desativou efetivamente sua capacidade de absorver MB ou desintoxicar o metilmercúrio.

Essas percepções podem informar caminhos futuros para lidar com a poluição por mercúrio no meio ambiente.

"Acho que é uma estratégia maravilhosa daqui para frente, onde podemos ser capazes de utilizar metanotróficos para ajudar a remediar locais contaminados por mercúrio, e que isso pode realmente estar acontecendo, até certo ponto, naturalmente, "Disse Semrau.

Outra peça do quebra-cabeça

Metanotrofos são comuns no ambiente, mas ainda há muito o que aprender sobre suas atividades. Uma equipe liderada pelo cientista ambiental do ORNL Scott Brooks colaborou com o grupo de Semrau na U-M na descoberta de vários novos metanotróficos em East Fork Poplar Creek, uma corrente contaminada com mercúrio que flui através da Reserva Oak Ridge que tem sido estudada há décadas.

Brooks e sua equipe têm estudado biofilmes, que são comunidades complexas de algas e bactérias que se acumulam nas rochas do riacho como "limo verde". Embora os biofilmes tenham a espessura de alguns cartões de crédito empilhados, eles são pontos importantes para o processamento de mercúrio e nutrientes.

A equipe do ORNL havia descoberto anteriormente que bolsões com deficiência de oxigênio dentro desses biofilmes abrigam micróbios que estão transformando o mercúrio em sua forma mais tóxica:metilmercúrio. Sua recente descoberta de metanotróficos nos recessos ricos em oxigênio desses mesmos biofilmes significa que a degradação do metilmercúrio também está ocorrendo naturalmente no riacho.

"Existem alguns gradientes químicos realmente acentuados e mudanças na concentração ocorrendo em uma distância muito pequena, "Disse Brooks. Isso inclui o oxigênio dissolvido que" desaparece em alguns décimos de milímetro. "

Esses minúsculos bolsões de oxigênio são suficientes para os metanotróficos prosperarem. A análise preliminar mostrou que a atividade microbiana que produz metilmercúrio ultrapassou a atividade metanotrófica que quebra a toxina. Com mais estudos, os cientistas poderiam potencialmente identificar métodos de inclinar a balança para a degradação do metilmercúrio.

"Este é um belo casamento de dois projetos de pesquisa diferentes trabalhando em paralelo, "Brooks disse." Estamos vendo coisas que são consistentes umas com as outras e isso nos ajuda a confirmar o que está acontecendo com o ciclo do mercúrio nessas comunidades microbianas complexas. "