Quando se trata de ostras e seu papel na redução da poluição por nutrientes, um novo estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Ciências Marinhas da William &Mary na Virgínia vai direto ao ponto - e à casca - da questão.

O estudo, na edição de 29 de setembro de PLoS ONE , é o primeiro a identificar e quantificar bactérias potencialmente desnitrificantes no intestino e na casca da ostra, e o primeiro a fazer isso usando um novo programa de computador que infere atividades bacterianas com base nas sequências de genes de RNA ribossômico.

A desnitrificação é o processo pelo qual nitrato e nitrito - compostos que alimentam a fertilização excessiva das águas costeiras - são reduzidos a gás nitrogênio, que é inofensivo para os habitats aquáticos. Excesso de nitrogênio de estações de tratamento de águas residuais, fertilizantes agrícolas, e outras fontes humanas podem levar a "zonas mortas de baixo oxigênio, "redução das safras pesqueiras, e perda de habitat de ervas marinhas. A Baía de Chesapeake é um dos muitos ecossistemas em todo o mundo que sofreram esses impactos.

A autora principal do estudo é Ann Arfken, um Ph.D. estudante no laboratório de VIMS Professor Associado e co-autor BK Song. Outros co-autores são os drs. Jeff Bowman da Scripps Institution of Oceanography e Michael Piehler da University of North Carolina.

"A maioria dos estudos que abordam a desnitrificação associada às ostras se concentraram em sedimentos dentro e ao redor dos recifes de ostras, "diz Arfken." O nosso é o primeiro a explorar a capacidade de desnitrificação por microbiomas que vivem dentro e sobre as próprias ostras. "Um" microbioma "é a comunidade de organismos microscópicos que habitam todos os seres vivos, desde os ácaros que vivem entre seus cílios até as bactérias alojadas entre as raízes do tomate.

Os resultados do estudo têm implicações importantes para os esforços para reduzir os níveis de nutrientes em águas costeiras por meio da restauração de ostras. "Descobrimos que as cascas de ostras contêm comunidades microbianas únicas com atividades de desnitrificação mais altas do que os sedimentos, ", diz Song." Portanto, é possível reduzir os nutrientes no início de um projeto de restauração de ostras, pois os microbiomas da casca estão removendo ativamente o nitrogênio fixado. "

Um desafio financeiro e logístico

Pesquisas recentes mostram que os microbiomas desempenham um papel fundamental na fisiologia e ecologia de um organismo, mas, diz Song, "Explorar a ligação entre a composição genética e as funções de um microbioma há muito apresenta um desafio."

Esse desafio é financeiro e logístico. "Os estudos de toda a composição genética de um organismo - seu genoma - são muito caros, e pode não funcionar para amostras onde a contribuição de micróbios é baixa, "diz Song." Como resultado, muitos estudos baseiam-se no sequenciamento de amplicons de genes de RNA ribossômico para identificar táxons microbianos. "Esta abordagem é menos dispendiosa, mas oferece uma visão limitada das vias metabólicas associadas a diferentes microbiomas - neste caso, se eles possuem os genes necessários para a desnitrificação.

Para enfrentar esses desafios, a equipe empregou uma nova técnica desenvolvida por Bowman. Chamado "PAPRICA" - para predição de PAthway por plAceção filogenética - permite aos pesquisadores inferir vias metabólicas a partir de sequências de genes associadas a uma pequena subunidade de ribossomo chamada rRNA 16S.

"Combinamos um banco de dados genômico personalizado com o programa PAPRICA para identificar bactérias portadoras de genes de desnitrificação entre os microbiomas associados às tripas de ostra, cartuchos, e sedimentos de recife, "diz Song. Ele explica, "Isso seria como distinguir entre diferentes populações humanas, comparando o número de doenças estomacais com o gene necessário para digerir o leite."

A equipe de pesquisa então mediu as taxas de desnitrificação em câmaras contendo ostras vivas, conchas de ostra, ou sedimentos coletados perto de recifes de ostras, descobrindo taxas muito mais altas nas câmaras contendo ostras e conchas vivas. Quando eles compararam essas taxas com a abundância de genes de desnitrificação nos três microbiomas, eles viram uma forte correlação entre altas taxas de desnitrificação e uma sequência de gene chamada nosZI.

"Descobrimos que as bactérias portadoras de genes nosZI são desnitrificadores importantes, e facilitar a remoção de nitrogênio em recifes de ostras, "diz Arfken.

Os pesquisadores alertam, Contudo, que mais pesquisas são necessárias. "Temos que ter cuidado ao inferir desnitrificação e outros processos metabólicos a partir da presença de um gene em um genoma bacteriano, "diz Arfken." Esses processos costumam ser extremamente complexos, e requerem a expressão coordenada de vários genes diferentes. Além disso, muitos organismos podem carregar um gene, mas não expressá-lo, "Um desafio final, ela diz, é que "muitas bactérias permanecem sem classificação ou identificaram genomas incompletos ou de baixa qualidade".

Mas os pesquisadores continuam otimistas. "Estamos entusiasmados em buscar mais estudos para validar ainda mais o uso de inferências metabólicas baseadas em genes como um método confiável para avaliar o potencial metabólico de microbiomas, "diz Song.