Quando os humanos têm baixos níveis de ferro, eles tendem a se sentir fracos, cansado e tonto. Essa fadiga impede que os pacientes com anemia por deficiência de ferro se exercitem ou se esforcem para conservar energia.

De forma similar, em ambientes com baixo teor de ferro, os micróbios sobrevivem diminuindo o processamento do carbono e extraindo ferro dos minerais. Contudo, essa estratégia requer que os micróbios invistam preciosas fontes de alimentos na produção de compostos que dissolvem minerais. Dado este paradoxo, os pesquisadores queriam entender como os micróbios sustentam estratégias de sobrevivência em ambientes com muito pouco ferro para prosperar.

O ferro é fundamental para o metabolismo do carbono porque é exigido pelas proteínas envolvidas no processamento do carbono. Mas porque o oxigênio torna o ferro solúvel menos abundante no meio ambiente, as bactérias geralmente operam sob a limitação de ferro e precisam desligar ou diminuir drasticamente a ingestão de carbono.

Olhando para um grupo de bactérias do solo, pesquisadores da Northwestern University descobriram que esses organismos superam as limitações em suas máquinas de processamento de carbono, redirecionando suas vias metabólicas para favorecer a produção de compostos eliminadores de ferro. O estudo é o primeiro a usar metabolômica, uma técnica de alta resolução para monitorar o fluxo de carbono nas células, estudar o impacto do ferro no ciclo do carbono nas células bacterianas.

O estudo foi publicado hoje na revista. Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ludmilla Aristilde, professor associado de engenharia civil e ambiental na McCormick School of Engineering, liderou a pesquisa. Seu grupo de pesquisa se concentra na compreensão dos processos ambientais que envolvem produtos orgânicos, com implicações para a saúde do ecossistema, produtividade agrícola e biotecnologia ambiental.

Dentro da rede de metabolismo das bactérias, o ciclo do ácido cítrico fornece os esqueletos de carbono necessários para fazer compostos eliminadores de ferro. O metabolismo de certas fontes de carbono gera melhor carbono e combustível a partir do ciclo do ácido cítrico. Bactérias famintas de ferro favorecem o processamento de carbono por meio do ciclo do ácido cítrico para produzir mais compostos eliminadores de ferro. Aristilde disse que essa descoberta é significativa porque a pesquisa revela que os nutrientes inorgânicos podem ter um impacto direto nos processos orgânicos.

"A hierarquia no metabolismo do carbono destaca que a seletividade no uso específico do carbono está fortemente ligada a algo que é inorgânico, "Disse Aristilde." Para colocar isso no contexto das mudanças climáticas, precisamos entender quais condições controlam o ciclo de carbono do solo e sua contribuição para o dióxido de carbono. "

Ao focar nas espécies de Pseudomonas nos solos, o grupo de pesquisa foi capaz de fazer inferências sobre outras espécies. A bactéria Pseudomonas também existe como patógenos humanos e vegetais, em nosso intestino e em outras partes do meio ambiente. Aristilde espera que, como as bactérias que ela e seus pesquisadores escolheram estudar são tão onipresentes, pesquisas futuras poderão usar as descobertas de seu grupo como um roteiro.

Pesquisas anteriores estudaram o comportamento do organismo com uma resolução de informação mais baixa. Embora os cientistas tenham usado a genômica para prever o que pode acontecer no metabolismo das espécies com base na identificação e medição de genes, o laboratório de Aristilde usa a metabolômica das espécies para capturar o que realmente está acontecendo no metabolismo. Sua pesquisa fornece pistas que indicam que muitos outros organismos e sistemas também podem empregar estratégias metabólicas semelhantes.

Como engenheiro ambiental, Aristilde disse que sua área de estudo é compreender mecanismos e fazer previsões sobre como os processos ambientais como o ciclo do carbono se comportam. Além do ciclo do carbono e das mudanças climáticas, o estudo também tem implicações na saúde humana e vegetal. Compreender como as bactérias que causam inflexões mudam o metabolismo do carbono para competir pelo ferro em suas plantas ou hospedeiros humanos pode permitir aos pesquisadores projetar melhor os tratamentos-alvo.