O membro THOR com defeito de aptidão de cocultura exibe a maior resposta transcricional. Cada membro THOR foi inoculado em 1 × 106 UFC/mL sozinho, em cocultura aos pares e comunidade completa. A cada 24 h, as culturas foram quantificadas por diluição em antibióticos espécie-específicos para determinar os níveis de UFC/mL de F. johnsoniae (A), P. koreensis (B) e B. cereus (C) sob as diferentes condições de cocultura ao longo de 6 dias. Os dados são apresentados como duplicatas biológicas e técnicas. As linhas horizontais pontilhadas indicam o limite de detecção. (D) Esquema de comparações para descobrir mudanças de expressão diferencial em resposta à cocultura em pares (categoria I), a adição do terceiro membro THOR (categoria II) e a comunidade completa (categoria III). Uma comparação das condições de B. cereus é mostrada como um exemplo. (E) Alterações globais de expressão em pares (>2 vezes) são mostradas como uma porcentagem do número total de genes dentro de cada espécie. Crédito:mBio (2022). DOI:10.1128/mbio.02486-21
Bactérias, os menores organismos vivos do mundo, formam comunidades onde corpos unificados de indivíduos vivem juntos, contribuem com uma parte da propriedade e compartilham interesses comuns.
O solo ao redor das raízes de uma planta contém milhões de organismos interagindo constantemente – muitos jogadores ocupados para estudar de uma só vez, apesar da importância de entender como os micróbios se misturam.
Em um estudo publicado na revista
mBio , pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison aprenderam que um modelo drasticamente reduzido de uma comunidade microbiana torna possível observar algumas das interações complexas. Ao fazer isso, eles descobriram um elemento-chave na comunicação microbiana:a presença ou ausência de um composto antibiótico produzido por um dos membros da comunidade afetava o comportamento dos outros dois membros.
Pouco se sabe sobre como os micróbios individuais interagem uns com os outros nas comunidades, mas esse conhecimento é uma promessa incrível.
Por exemplo, a bactéria Bacillus cereus pode proteger as plantas produzindo um antibiótico que detém o patógeno que causa o "amortecimento", uma doença que mata as mudas e é cara para os agricultores. Mas agentes de biocontrole como B. cereus nem sempre são eficazes. Às vezes as plantas tratadas com B. cereus florescem, às vezes não – e os pesquisadores estão tentando entender o porquê.
"As bactérias não vivem isoladas", diz Amanda Hurley, principal autora do novo estudo; Bolsista de Política Científica e Tecnológica da AAAS; e ex-pós-doc no laboratório do professor da UW-Madison Jo Handelsman, diretor do Wisconsin Institute for Discovery.
“Se pudéssemos descobrir como as interações entre espécies mudam na presença de várias espécies, podemos começar a entender as tendências de comunicação de comunidades microbianas inteiras. ambientes de forma mais positiva e previsível, sejam humanos, colheitas ou o próprio solo."
Decifrar as interações entre os microrganismos poderia ajudar na engenharia de um ambiente mais favorável ao Bacillus cereus. Hurley e os coautores Marc Chevrette, ex-pós-doc no laboratório Handelsman e atualmente professor assistente na Universidade da Flórida, e Natalia Rosario-Melendez, estudante de pós-graduação no laboratório Handelsman, começaram a decodificar e traduzir as conversas químicas. O grupo criou um sistema modelo composto por três espécies - Flavobacterium johnsoniae e Pseudomonas koreensis foram isolados com B. cereus de raízes de soja cultivadas em campo - que eles apelidaram de "Os Mochileiros da Rizosfera" ou THOR.
As bactérias muitas vezes se comunicam através da linguagem da química. Manipular essa química usando genes e produtos químicos pode mudar a conversa e fazer com que o Bacillus cereus se sinta bem-vindo nas raízes das plantas.
Os pesquisadores construíram perfis dos organismos THOR usando seu mRNA, moléculas produzidas quando um gene é expresso. Em cada combinação de bactérias THOR, os pesquisadores procuraram diferenças na expressão gênica. Os organismos THOR responderam uns aos outros de forma diferente em cada combinação, e quando todas as três espécies estavam juntas, coisas novas começaram a acontecer que não aconteciam em nenhum dos pares ou condições individuais.
Na comunidade THOR, a expressão gênica foi dominada por interações com um membro, P. koreensis. Os resultados foram mediados pela presença do antibiótico koreenceine – o martelo metafórico do THOR. Esta única molécula parece afetar a expressão e interação de milhares de genes em redes comunitárias. Determinar como a koreenceine regula os genes da comunidade será um caminho frutífero para uma investigação mais aprofundada, de acordo com os pesquisadores.
O estudo valida a ideia inicial de Handelsman de que vale a pena investigar as comunidades, porque a atividade dentro da comunidade não é apenas a soma dos membros, mas reflete as propriedades da comunidade.
"Tradicionalmente, as pessoas olham apenas para um único organismo. O que diferencia nosso estudo é que olhamos para a comunidade", diz Chevrette. "As comunidades são diferentes. Há algo inerentemente único a uma comunidade que a torna diferente da soma de suas partes. Utilizar a simplicidade dos microbiomas modelo pode nos ajudar com o desafio de entender os micróbios em comunidades complexas e como eles podem ser alterados para melhorar a saúde humana, ambiental e agrícola."
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