Estudo mostra que vermes em regeneração têm controle genético sobre suas algas parceiras
Um acoel é um verme marinho com algas simbióticas que é capaz de se regenerar. As partes vermelhas na imagem são algas, as partes azuis e verdes são células animais. Crédito:Dania Nanes Sarfati Muitos organismos são muito mais complexos do que apenas uma única espécie. Os humanos, por exemplo, estão cheios de uma variedade de micróbios. Algumas criaturas têm conexões ainda mais especiais.
Acoels, vermes marinhos únicos que regeneram seus corpos após lesões, podem formar relações simbióticas com algas fotossintéticas que vivem dentro deles. Estas coleções de organismos simbióticos são chamadas de holobiont, e a forma como eles “conversam” entre si é algo que os cientistas estão a tentar compreender – especialmente quando as espécies em questão são um animal e um micróbio movido a energia solar.
Bo Wang, professor assistente de bioengenharia nas Faculdades de Engenharia e Medicina de Stanford, começou a encontrar algumas respostas. Seu laboratório, em conjunto com a Universidade de São Francisco, estuda Convolutriloba longifissura, espécie de acoel que hospeda a alga simbiótica Tetraselmis.
De acordo com uma nova pesquisa, publicada na Nature Communications , os pesquisadores descobriram que, quando C. longifissura se regenera, um fator genético que participa da regeneração do acoel também controla a forma como as algas dentro deles reagem.
"Ainda não sabemos como estas espécies comunicam entre si ou quais são os mensageiros. Mas isto mostra que as suas redes genéticas estão ligadas", disse Wang, autor sénior do artigo. Dividindo worms
Como o holobiont é um conceito relativamente novo, os cientistas ainda não têm certeza de qual é a natureza de alguns relacionamentos. O estranho nome "acoel" significa "sem intestino" em grego, já que os vermes não têm estômago digno de menção. Em vez disso, todas as coisas que comem vão diretamente para os tecidos internos – que é também onde as algas flutuam, fotossintetizando dentro dos seus corpos. Essa relação fornece uma zona segura para as algas e energia extra da fotossíntese para o acoel.
“Não havia garantia de que houvesse comunicação porque as algas não estão dentro das células do acoel, elas estão flutuando ao seu redor”, diz James Sikes, pesquisador da Universidade de São Francisco e co-autor sênior do artigo. Sikes trabalha com acoels há cerca de 20 anos, e sua relação simbiótica os diferencia de outros animais que se regeneram, como planárias e axolotes.
Quando esses acoels se reproduzem assexuadamente, eles primeiro se dividem ao meio. A região da cabeça desenvolve uma cauda e se torna um novo acoel. A cauda, entretanto, age como a Hidra mitológica e desenvolve duas novas cabeças, que, então, se dividem em dois animais separados.
A regeneração animal requer comunicação entre muitos tipos de células diferentes, mas, neste caso, também pode envolver outro organismo inteiramente.
Os investigadores estavam curiosos para saber como as colónias de algas no seu interior reagiam a este processo – em particular, se continuavam a fotossintetizar normalmente e, se não, o que estava a controlar isso? Isto foi especialmente intrigante porque a equipa descobriu que a fotossíntese não era necessária para a regeneração dos acoels – eles podiam fazê-lo no escuro. Mas é preciso haver conversação entre as espécies para a sua sobrevivência a longo prazo.
"Testar se a fotossíntese foi afetada foi uma aventura. Nenhum de nós sabia o que estávamos fazendo", diz Dania Nanes Sarfati, principal autora do artigo, que era estudante de doutorado no laboratório de Wang e Stanford Bio-X Bowes Fellow. "Uma das coisas mais interessantes foi que pudemos realmente medir a fotossíntese das algas que acontece dentro do animal."
Além disso, através do sequenciamento, a equipe conseguiu diferenciar os genes das duas espécies e descobrir quais vias respondiam à lesão. Estas medições ajudaram-nos a perceber que as algas no seu interior estavam a sofrer uma grande reconstrução da sua maquinaria fotossintética durante a regeneração – mas o processo pelo qual estavam a ser controladas era chocante.
O papel do 'nanico'
Quando os resultados chegaram, Wang disse que o imprevisível aconteceu. Durante a regeneração, tanto o novo crescimento do acoel quanto a fotossíntese das algas pareciam ser controlados por um fator de transcrição comum nos acoels chamado "runt".
Na fase inicial, logo após a lesão, o “runt” é ativado, dando início ao processo de regeneração. Entretanto, a fotossíntese das algas diminui, mas há uma regulação positiva nos genes das algas associados à fotossíntese – provavelmente para compensar a perda na fotossíntese devido à divisão. No entanto, quando os pesquisadores derrubaram o “nanico”, isso interrompeu a regeneração e as respostas das algas.
O que há de especial no runt é que ele é altamente conservado, o que significa que o mesmo fator é responsável pela regeneração em muitos organismos diferentes, incluindo acoels não simbióticos. Mas agora está claro que em vez de apenas controlar o processo regenerativo da acoel, ela também controla a comunicação com outras espécies.
Como os holobiontes se comunicam
Compreender como os parceiros em relações simbióticas comunicam a nível molecular abre muitas novas questões para este campo de investigação. "Existem regras de simbiose? Elas existem?" disse Nanes Sarfati. “Esta pesquisa desperta esse tipo de questões, que podemos vincular a outros organismos”.
Wang acredita que introduz mais formas de investigar como as espécies simbióticas interagem e se acoplam entre si para formar holobiontes. Algumas dessas interações podem ser potencialmente impulsionadas por produtos químicos, proteínas ou fatores ambientais. Mas o mais preocupante é que estas interacções estão agora a tornar-se pontos vulneráveis face ao desafio das alterações climáticas, fazendo com que os parceiros simbióticos se separem.
Sikes destacou que ele, Wang e Nanes Sarfati começaram do lado animal da relação simbiótica, mas perceberam que as algas também respondem aos danos do hospedeiro, potencialmente suscitando questões semelhantes em outros sistemas.
“Muitas vezes presumimos que sabemos muito, mas ficamos humildes quando olhamos para espécies diferentes”, disse Wang. “Eles podem fazer coisas de maneiras completamente inesperadas, o que destaca a necessidade de estudar mais organismos e está se tornando possível com a tecnologia”.
