Para o Ph.D. da Arizona State University. recém-formada Julie Bethany Rakes, tudo começou como um experimento fracassado que acabou sendo uma descoberta impactante para a comunidade de microbiologia. Recentemente em Nature Communications , Rakes and Regents' Professor Ferran Garcia-Pichel relatou sobre uma nova bactéria que ataca cianobactérias do solo em biocrostas. Nesta publicação, eles descrevem o ciclo de vida do predador recém-descoberto, mecanismo de ataque e seu impacto ecológico.
As bactérias estão em toda parte e desempenham um papel importante na manutenção dos processos ecológicos em todo o mundo. Por exemplo, no solo do deserto, as cianobactérias usam a fotossíntese para produzir energia. Semelhante às plantas, seu papel na produção de oxigênio e fixação de nitrogênio é fundamental para a sobrevivência de outros organismos. As cianobactérias formam comunidades que vivem na superfície do solo formando biocrostas. Essas comunidades trazem grandes benefícios ao reter poeira, prevenir a erosão e aumentar os nutrientes e o nível de água no solo.

Infelizmente, e apesar do seu papel na manutenção dos ecossistemas, as cianobactérias são a presa preferida de um predador recém-descoberto:Candidatus Cyanoraptor togatus (C. togatus).

"Havia algo matando as biocrostas. Não era um vírus, e não era um animal pequeno. Só poderia ser outra bactéria", disse Garcia-Pichel.

As biocrostas de cianobactérias saudáveis ​​se assemelham ao solo quando estão secas, mas quando molhadas, sua pigmentação verde é visível; exceto que as biocrostas que foram atacadas pelo Cyanoraptor mostram clareiras de cianobactérias em padrões circulares, conhecidas como placas, semelhantes a minúsculos anéis de fadas. No campo, os pesquisadores conseguiram identificar a doença observando essas placas incomuns.

“Eu os vi pela primeira vez em Casa Grande, AZ e depois continuei esse processo de observar tempestades e imediatamente correr para o campo, às vezes dirigindo 6 horas ou mais para identificá-los em vários lugares nos desertos de Sonora e Chihuahuan”, disse Rakes.

Eles trabalharam no campo e no laboratório para isolar as bactérias causadoras de doenças. Após o isolamento, as bactérias foram cultivadas e seu ciclo de vida e mecanismo de ataque foram estabelecidos.

Em um estágio inicial, o Cyanoraptor se propaga como pequenas células esféricas chamadas propágulos. Essas células não crescem nem se dividem; em vez disso, eles apenas espreitam e esperam pacientemente por suas presas. Quando a cianobactéria se aproxima o suficiente, o Cyanoraptor ataca, ligando-se à presa e formando uma estrutura de encaixe especializada, dissolvendo a parede celular semelhante à pele da presa e entrando na célula da presa.

Os propágulos de Cyanoraptor são estranhos no que diz respeito às bactérias. Eles têm um compartimento externo ligado por duas membranas. Os pesquisadores suspeitam que esse compartimento desempenha um papel fundamental no ataque, segurando e liberando proteínas que quebram a membrana externa de suas presas e permitem que elas entrem no corpo celular enfraquecido. Este compartimento é também como Cyanoraptor recebe o nome de sua espécie, togatus, porque eles parecem estar envoltos em um manto ou toga.

Uma vez dentro, o Cyanoraptor come a presa, crescendo cada vez mais em uma célula semelhante a uma salsicha. Quando é longo o suficiente, esse predador começa a se dividir em muitas células de uma só vez, eventualmente matando a presa e se tornando propágulos novamente, esperando pela próxima vítima infeliz.

“É um predador que entra nas células de suas presas e as come por dentro, o que é horrível”, disse Garcia-Pichel. "É realmente como um filme de terror microbiano."

À medida que as cianobactérias morrem, todas as coisas que as biocrostas fazem para beneficiar o deserto desaparecem. Propriedades valiosas como ciclo de nitrogênio, retenção de poeira e retenção de umidade são drasticamente reduzidas.

"Em geral, isso significa que pode haver sérias consequências para a saúde do deserto, menos nutrientes, solo menos estável e retenção de água, reduzindo o tempo em que plantas e outros organismos podem estar ativos. Com a perda dessas funções, os organismos que dependem dessas serviços, como plantas podem sofrer, o que pode ter consequências adicionais na cadeia alimentar", disse Rakes.

Esta descoberta importante não teria sido possível se não fosse pela tenacidade de Rakes e sua recusa em ceder ao que a princípio parecia ser um fracasso. Felizmente para o futuro das cianobactérias, ela perseverou.

Sua descoberta também demonstrou que bactérias predadoras podem moldar a estrutura e função de comunidades microbianas em todo o mundo, que não são apenas uma raridade biológica interessante.

Essa experiência lhe deu alguma sabedoria para passar para outros alunos de pós-graduação:

"Acompanhe os resultados que são inesperados ou até parecem totalmente errados", disse ela. "Quando me peguei dizendo 'isso é estranho', muitas vezes era algo que eu ainda não entendia. Como Ferran sabiamente me disse:'Em experimentos que você não pode explicar, os micróbios estão falando com você.'"

O genoma completo das bactérias recém-descobertas pode ser acessado através do banco de dados NCBI sob o BioProject PRJNA730811. Rakes e Ferran são afiliados à School of Life Sciences e ao Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiomics. Esta investigação foi feita em colaboração com Shannon Lynn Johnson, cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos, e também aluna de doutorado da SOLS. + Explorar mais

Estudando o comportamento predatório no reino bacteriano