Micróbios adquiridos: meio planta e tipo bicho!

Monstruosidades incríveis encontramos no reino das coisas vivas, que rastejam, nadam, perambulam e flutuam por este pálido ponto azul…Veja isso, aqui nós temos um singelo (aparentemente)  Protista nomeado de Hatena arenicola (em japonês=
 estranho).

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Ele fica ali, cuidando dos seus próprios negócios, indo com as marés e fazendo sua refeição de outros menores, até que uma destas refeições ele ingere uma alga verde, então notamos algo destoante, um pequeno ponto esverdeado na parte rostral da Hatena. Bom, esse ponto verde é uma alga sobrevivente da digestão, do gênero Nephroselmis que rouba a luz solar e utiliza a energia dos fótons para quebrar compostos e construir novos como a sua matéria orgânica e outros doces bioquímicos, dividindo tais produtos com o seu captor, a Hatena

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Eis mais um exemplo de endossimbiose em ação, organismos diferentes vivendo juntos, onde seus destinos estão intimamente entrelaçados na indiferente, sedutora e inescapável teia  da vida. Mas a música não pará por aqui. Quando a Hatena se divide, para dar origem a novos indivíduos (sua reprodução) um de seus “herdeiros” permanece com a Nephroselmis fotossíntetizante enquanto o outro fica sem sua fábrica verde de energia, e, vejam só, não somente vive muito bem, como desenvolve um aparato de captura de alimento, voltando ao estado heterótrofo (comendo outros), ao contrario do seu irmão que permanece um autótrofo (comendo a luz).

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Assim cada um segue sua vidinha preciosa, a cuidar dos seus próprios negócios, como se nada tivesse acontecido, até que o demônio nietzschiano do eterno retorno instiga a Hatena heterótrofa a comer mais saladas de Nephroselmis...

Referências:

Okamoto, N. & Inouye, I. A secondary symbiosis in progress? Science310, 287 (2005).

http://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/2012/01/22/half-plant-half-predator-all-weird/

A Alga, o Bivalve e a Bactéria

Você aí que achava que a vida das algas marinhas é uma coisa extremamente pacata e sem grandes aventuras, apenas uma eterna dança ao sabor das correntes, só digo isso: seus problemas começaram!

Tjisse van der Heide (que, para minha surpresa, é um homem! eu sou mesmo péssima pra inferir gênero de nomes estrangeiros) e colaboradores, da Universidade de Groningen (Holanda… claro… “van der”, só podia!), publicaram na Science um estudo bem satisfatório de uma relação linda e complexa estabelecida entre as algas marinhas, uma família de bivalves e suas bactérias simbiontes, para sobreviver a uma vida que, de outra forma, seria regada a intoxicação por sulfureto (nada satisfatório).

Devido à ausência de oxigênio em muitos sedimentos marinhos costeiros, uma importante fração da matéria orgânica é decomposta por bactérias que usam o sulfato abundante na água marinha como um receptor de elétrons, ao invés de oxigênio, produzindo sulfureto tóxico como metabólito final. Apesar de as algas trasportarem oxigênio em suas raízes e a rizosfera que rodeia, a produção de sulfureto supera a liberação de oxigênio, resultando em acúmulo de sulfureto, e mortalidade das algas. Leitos de algas marinhas tendem a acumular matéria orgânica, e, portanto, seria esperado que estes leitos iriam construir sulfuretos tóxicos, e, portanto, terem uma produtividade e diversidade limitadas. Entretanto, isto não é o observado, e a razão por detrás da manutenção dos ecossistemas de algas marinhas ainda é um enigma.

O povo de nome estranho que escreveram o paper (só pra não perder a oportunidade: Han Olff, Matthijs van der Geest, Marieke M. van Katwijk e por aí vai…) testaram a hipótese de que uma simbiose de três estágios entre as algas, bivalves lucinídios associados, e suas bactérias simbiontes de brânquias poderia estar contribuindo para reduzir a acumulação cíclica de sulfuretos. Dados paleontológicos já mostravam que os bivalves da família Lucinidae e sua relação endossimbiótica datam do Siluriano, mas que eles passaram por uma extensiva diversificação desde a emergência das algas marinhas, no final do Cretáceo. Um dado desses veio deveras a calhar, digamos 😉

Os lucinídios e suas bactérias habitantes de brânquias tem uma simbiose em que os bivalves transportam sulfureto e oxigênio para suas brânquias, onde as bactérias oxidam estes sulfuretos para produção de açúcar, que promove o crescimento dos dois organismos. Os autores então elaboraram a ideia de que os prados de algas marinhas provinham o hábitat ótimo para estes bivalves e seus simbiontes, por estimular indiretamente a produção de sulfureto através do grande aporte de matéria orgânica, e provendo oxigênio através da liberação radial de oxigênio das raízes. Em troca, os bivalves removeriam os sulfuretos, o que poderia aliviar qualquer estresse causado ao crescimento das algas pela acumulação de sulfuretos enquanto a matéria orgânica fosse degradada.

Suporte indireto foi dado a essa hipótese por uma meta-análise mundial de 84 estudos descrevendo a fauna de leitos de algas marinhas em 83 sítios, cobrindo toda a distribuição climática de algas marinhas, combinada com um estudo de campo em 110 pontos, que os autores realizaram na Mauritânia (abaixo o mapa com os resultados).

Presença (verde; escuro quantitativo, claro qualitativo) e ausência (vermelho) de lucinídios em ecossistemas de algas marinhas, baseadas na meta-análise dos autores. Os bivalves estavam presentes em 97% de todos os leitos tropicais, 90% dos leitos subtropicais, e 56% dos prados temperados de algas marinhas. A associação algas marinhas-lucinídios alcança 6 dos 7 continentes, pelo menos 18 gêneros de lucinídios, e 11 de 12 gêneros de algas marinhas.

Para aumentar a confiança dos resultados obtidos pela meta-análise, os autores desenvolveram experimentos em laboratório, observando os efeitos da oxidação de sulfuretos pelo bivalve lucinídio Loripes lacteus na produção da alga marinha Zostera noltii (ambos presentes na montagem da figura abaixo). Os experimentos comprovaram que a presença de Loripes e, em uma extensão menor, de Zostera, diminuíram a presença de sulfuretos no sedimento (mesmo em controles com adição artificial de sulfureto), e a presença conjunta dos organismos aumentou a detecção de oxigênio no meio.

O bivalve Loripes lacteus e a alga marinha Zostera noltii, utilizados pelos autores nos modelos experimentais para testar a hipótese da simbiose de três estágios

A junção dos dados dos autores confirmou a hipótese elaborada inicialmente, de que uma simbiose de três estágios é responsável pela diminuição do estresse de sulfuretos em prados de algas marinhas. Fora isso, esses estudos também se encaixam na problemática ambiental. Ecossistemas costeiros, em particular os prados de algas marinhas, estão em declínio alarmante, levando à perda de biodiversidade. Os esforços de restauração tem se mostrado pouco efetivos, apesar dos custos enormes. Os resultados desta pesquisa indicam que tais esforços de restauração não deviam focar apenas nos estressores ambientais como causas de declínio, mas também deveriam considerar interações ecológicas internas, como a presença e o vigor de relações simbióticas ou mutualísticas, visto que a quebra de sistemas simbióticos pode afetar o funcionamento de ecossistemas inteiros.

 

Observações:

1) Meu sobrenome, “Dörr”, também é holandês (apesar de a família ter escapulido pra Alemanha no caminho). Me pergunto porque eu não tenho um “van der” também. Imaginem que lindo, “Natália van der Dörr”. ¬¬

2) É só eu ver “simbiose” escrita em algum lugar que já saio correndo pra ler. A minha querida Wolbachia deve estar manipulando meu sistema nervoso, aff.

 

Este estudo foi publicado na Science: van der Heide, T. et al. A Three-Stage Symbiosis Forms the Foundation of Seagrass Ecosystems. Science 336, 1432 (2012).

>A salamandra solar

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Simbiose. Um espectro de relações na qual organismos interagem e vivem juntos de forma mais íntima possível, e onde ambos podem se beneficiar ou se destruir lentamente. Em vertebrados tetrápodes um tipo de simbiose insólita já é conhecida por uma centena de anos, e é decorrente do mutualismo nada usual entre salamandras e algas microscópicas.

Aqui os embriões de salamandras convivem intimamente com algas como Oophila amblystomatis e Chlamydomonas sp. se banhando neste suco verde e fotossintetizante enquanto vão se desenvolvendo. A equipe da Universidade de Indiana em Bloomington demonstrou que a floração das algas e posterior contato com as células de embriões de salamandra se dá logo ao inicio da formação do embrião.
No detalhe em vermelho, as algas marcadas na região da cabeça do embrião. Detalhes dos ovos.

Os embriões produzem dejetos ricos em nitrogênio como a amônia e dióxido de carbono que a alga utiliza em seu metabolismo cedendo oxigênio dissolvido em troca, para os embriões. Aparentemente as algas são passadas de mãe para os filhotes, já que as algas acompanham as salamandras em toda sua vida, desde o desenvolvimento embrionário até o nascimento de novos filhotes nas fêmeas. Resta saber quais outras espécies de salamandras e outros anfíbios atingiram tal grau de simbionticidade, e se ocorreu algum troca gênica dentro deste complexo como a transferência horizontal, o que não iria me surpreender nem um pouco…

Adulto de Ambystoma maculatus
Referências:

Kerney. ryan. “Symbioses between salamander embryos and green algae” in Symbiosis. October 2011. DOI 10.1007/s13199-011-0134-2

>Wolbachia in concert: ela realmente tem as rédeas da relação

>ResearchBlogging.org

Às vezes chego a me sentir repetitiva por fazer analogias dos casos que aqui conto com alguns temas cotidianos dos relacionamentos humanos. Mas a bem da verdade é que não tem como evitar! A situação chega a um ponto que começo a me perguntar se nós que nos espelhamos deveras em alguns exemplos da natureza, ou se ela que gosta de tirar uma onda com nossa cara imitando nossas atitudes mais bizarras.
Isso no meu mundo imaginário, claro.
Mas chega de encher linguiça, porque nesse caso o título realmente vem a calhar. Não estou falando de uma mulher naquele estilo “a última palavra aqui em casa é do ‘homi’: sim senhora!!”, mas sim de uma alfa-proteobactéria que, dos confins longínquos de algumas células do corpo de uma mosquinha Drosophila (e tantos outros artrópodes… essa garota é promíscua que nossa), consegue controlar praticamente todo o comportamento “amoroso” e sexual da pobrezinha. Essa entrada talvez vos lembre do belo texto escrito pelo meu caro Felipe Benites no Amigo de Wigner há algum tempinho. Sim meus caros, a mochileira dos genomas Wolbachia agora também faz suas manobras pelos meus circuitos neurais quase em período integral. Recomendo, inclusive, a leitura desse texto antes de continuar com meu conto aqui, porque não quero continuar com minha fama de falar demais né amigos.
Que a Wolbachia tem bala na agulha eu não duvidei jamais, mas o Wolfgang Miller, da Universidade de Viena, e colaboradores mostraram na PLOS Pathogens em 2010 que a capacidade de manipulação dessa bactéria é deveras extensiva, com papel determinante em isolamento pré e pós-zigótico durante o processo de isolamento sexual e futura especiação de um complexo de semiespécies de Drosophila paulistorum. Esse grupo de moscas é de distribuição neotropical, e se encontra naquela linha divisória de águas, em que o isolamento sexual está levando à especiação.  Aparentemente, e para mim não mais surpreendentemente, quem está com as rédeas é a Wolbachia, já que cada semiespécie possui uma linhagem diferente da bactéria. A “coisa” anda funcionando mais ou menos assim:

Especiação incipiente em semiespécies de Drosophila paulistorum.

Os autores verificaram o padrão de distribuição da Wolbachia em embriões e tecidos de duas semiespécies da mosquinha (Amazônica e Orinocana), assim como dos híbridos do cruzamento entre elas (mamães amazônicas e papais orinocanos). As sempre bonitas figuras de fluorescência mostram que a quantidade do simbionte intracelular varia enormemente entre elas. A Orinocana, como pode-se ver abaixo, apresenta níveis bem altos de Wolbachia nos estágios blastodermais (A, em esverdeado), depois concentrando-se especificamente nas células primordiais (B, em amarelo).

Já a semiespécie Amazônica apresenta níveis fracos da bactéria, porém universais e bem distribuídos durante a embriogênese (D e E, verde-amarelado).

Já nos híbridos do cruzamento, apesar de terem herdado Wolbachia da mamãe Amazônica (herança materna do endossimbionte), os títulos da bactéria foram significativamente aumentados nos estágios blastodermais (G e H, verde-amarelado). Estas constatações se enquadram no conceito de que, sob cruzamentos híbridos, mesmo Wolbachia tendo vindo de uma mãe com baixas densidades, os híbridos sofreriam a replicação sem controle da bactéria, assim ela deixando de ser um simbionte para adquirir comportamento parasítico.

Após confirmar a presença diferencial de Wolbachia nas semiespécies, os autores conduziram uma série de experimentos, inclusive avaliando efeitos diversos de comportamento sexual das moscas após tratamento com antibióticos que dão fim às Wolbachias (Rifampicina e Tetraciclina).
Eles comprovaram que, por exemplo, esses tratamentos revertem a razão entre machos e fêmeas (a favor dos machos), já que as fêmeas são mais sensíveis aos antibióticos (acabam morrendo na fase larval), e também alteram o comportamento de preferência de acasalamento (fêmeas não tratadas seguem preferência de acasalar com machos que possuem a mesma estirpe de Wolbachia; após tratamento, os acasalamentos passam a ser aleatórios).
Assim, neste estudo foi comprovado que todas as semiespécies de D. paulistorum evoluíram fortes mecanismos de isolamento pré-zigótico e intrigantes padrões femininos de evitar machos, assim prevenindo cruzamentos inter-semiespecíficos, sem contar os mecanismos pós-zigóticos. Por Wolbachia ter evoluído fortes inter-relações compensatórias com seus hospedeiros naturais, são capazes de desencadear esses padrões de reconhecimento de acasalamento pela parte das fêmeas, favorecendo o aceitamento preferencial de machos que estão infectados com o mesmo tipo de Wolbachia, e rejeitando cruzamentos impróprios com machos que tenham uma versão diferente de seu simbionte obrigatório. Já no confuso background genético  dos híbridos, a anteriormente benigna Wolbachia lança suas garras e se mostra como parasita reprodutivo, capaz de induzir forte incompatibilidade citoplasmática embrionária bidirecional, e completa esterilidade dos machos híbridos, via perda do controle de sua replicação dentro das células hospedeiras. Já as fêmeas híbridas, apesar de férteis, apresentam o comportamento intrigante de praticamente não aceitar qualquer parceiro. Assim, os autores assumem que algum tipo de reconhecimento de parceiro direcionado pelo simbionte tenha evoluído a fim de prevenir esta forte incompatibilidade citoplasmática bidirecional e reduzido sucesso sexual dos potenciais híbridos, assim assegurando sua continuada transmissão vertical. Alternativamente, os hospedeiros devem ter evoluído padrões de “evitamento” que reconheçam potenciais parceiros carregando uma variante diferente e incompatível de Wolbachia. Quanto a isso, alguns autores (Kokou et al, 2006) afirmam que Wolbachia deve ter evoluído a capacidade de modular os padrões de expressão e/ou percepção de ferormônios de Drosophila. Outros autores (Alberston et al, 2009), nesta mesma linha de pensamento, verificaram uma concentração acentuada de Wolbachia em regiões cerebrais das moscas, especulando assim que o endossimbionte pode estar afetando diretamente os padrões de comportamento dos hospedeiros.

Não sei vocês, mas cada dia meus butiás não acham mais fundo nos meus bolsos.

Albertson R, Casper-Lindley C, Cao J, Tram U, & Sullivan W (2009). Symmetric and asymmetric mitotic segregation patterns influence Wolbachia distribution in host somatic tissue. Journal of Cell Science, 122 (Pt 24), 4570-83 PMID: 19934219

Koukou K, Pavlikaki H, Kilias G, Werren JH, Bourtzis K, & Alahiotis SN (2006). Influence of antibiotic treatment and Wolbachia curing on sexual isolation among Drosophila melanogaster cage populations. Evolution; international journal of organic evolution, 60 (1), 87-96 PMID: 16568634

Miller WJ, Ehrman L, & Schneider D (2010). Infectious speciation revisited: impact of symbiont-depletion on female fitness and mating behavior of Drosophila paulistorum. PLoS pathogens, 6 (12) PMID: 21151959

>O Guia do Mochileiro dos Genomas

>ResearchBlogging.org

Solidão. Ou é momentânea, ou ilusória. Nunca estamos sozinhos. Dentro de nós existem mais bactérias que gotas da água num dia chuvoso de verão. Algumas nos acompanham do nascimento até o funeral, outras vamos adquirindo através da comida, da respiração e do toque de outra pele… Para o bem e para o mal, convivemos com elas. Algumas são organismos caroneiros, no melhor estilo “On the Road” do escritor Beat, Jack Kerouac. E talvez, a mochileira oficial na estrada da história da vida na Terra é a espécie Wolbachia pipientis, uma Rickettsiacea.
Uma célula de inseto hospedando algumas Wolbachias (os círculos). A dominatrix da Biosfera

Uma bactéria endossimbionte obrigatória, ou seja que não é possível cultivá-la ou a remover de seu hospedeiro sem causar alguma alteração fisiológica no mesmo. Extremamente sexista (se as feministas fossem escolher algum mascote seria esta a ideal) onde na sua presença a proporção de machos e fêmeas é alterada (normalmente fica em torno de 50%) e ainda são mestras na manipulação sexual do hospedeiro. Elas pegam carona nos óvulos das fêmeas, assim sendo transmitidas a sua prole.

Wolbachia está em seus óvulos, matando os seus machos!

Os principais efeitos no hospedeiro são: morte dos machos na prole, partenogênese (quando não há necessidade de fusão de gametas do sexo oposto), ou seja o animal teria somente uma mãe e nenhum pai, transformação de machos em fêmeas e incompatibilidade citoplasmática (quando uma estirpe, um tipo de bactéria da fêmea não é compatível com a estirpe do macho) o que leva a morte de praticamente toda a prole do acasalamento.

É o parasita mais bem sucedido de toda a biosfera, praticamente 70% dos invertebrados possuem Wolbachias em seus corpos, de moscas da fruta, aranhas, escorpiões, crustáceos, borboletas e alguns vermes nematóides, o que nos traz um paradoxo, pois se ela altera tanto a “sexualidade” dos seus hospedeiros, causando um genocídio de machos, por que esta relação simbiótica é tão persistente?

Algumas das manipulações na fecundação entre seus hospedeiros.

Bom, foi descoberto que em algumas espécies de Drosophilas (as moscas da frutas) que estas estão protegidas contra alguns vírus de RNA, na presença destes endossimbiontes, o que torna “incerto” o conceito de parasitismo e mutualismo, não sendo algo eternamente estático, mas sim um conceito que possui uma certa plasticidade.
Não bastasse elas pegarem carona nos ovos e filhotes de outros organismos, existe a evidência dramática, onde em pelo menos uma espécie da mosca hawaiana Drosophila ananassae, possui o genoma inteiro da Wolbachia, praticamente 1 milhão de pares de bases, incrustado em seu cromossomo 2, além de pedaços de outros genes da bactéria nos genomas de vespas, besouros e nematóides através da transferência horizontal gênica. Melhor carona que esta é impossível!
Alguns teóricos especulam que a Wolbachia poderia dar origem a uma nova organela, da mesma forma que a mitocôndria e o cloroplasto surgiram na teia da vida, mas num futuro distante…

A flecha indica o genoma da wolbachia em verde, no cromossomo politênico de Drosophila.

Agora imagine se existisse algum organismo que assume o controle da vida sexual dos seres humanos, e manipulasse a razão macho/fêmea dando ênfase ao nascimento somente de mulheres! Um tema abordado na HQ “Y o último homem”, isso se sobrassem homens para deslumbrar tal mundo… Mas deixaremos estas últimas palavras para os escritores de ficção científica…

Referências:

Zimmer, C. (2001). Wolbachia: A Tale of Sex and Survival Science, 292 (5519), 1093-1095 DOI: 10.1126/science.292.5519.1093

Teixeira, L., Ferreira, �., & Ashburner, M. (2008). The Bacterial Symbiont Wolbachia Induces Resistance to RNA Viral Infections in Drosophila melanogaster PLoS Biology, 6 (12) DOI: 10.1371/journal.pbio.1000002

Hotopp, J., Clark, M., Oliveira, D., Foster, J., Fischer, P., Torres, M., Giebel, J., Kumar, N., Ishmael, N., Wang, S., Ingram, J., Nene, R., Shepard, J., Tomkins, J., Richards, S., Spiro, D., Ghedin, E., Slatko, B., Tettelin, H., & Werren, J. (2007). Widespread Lateral Gene Transfer from Intracellular Bacteria to Multicellular Eukaryotes Science, 317 (5845), 1753-1756 DOI: 10.1126/science.1142490

Imagens: infelizmente perdi as referências de algumas…

>As amantes dos cabelos das preguiças

>Você olha para uma árvore. Lá em cima. Um animal com o olhar tristonho. Um tanto relutante, talvez. Você nota que seus pelos são esverdeados, quase misturando-se com os tons dos líquens que também vivem nestas mesmas árvores. Essa cor verde, confere um bom disfarce para o animal. Embora não seja um primata, lembra muito os membros da nossa familia, possívelmente pela convergência nos ambientes arbóreos. Tão bonito em seu silêncio. Pois, enfim você percebe que esta encantado por esse animal, uma preguiça.


Mas o encantamento não para por ai. Imagine que você está provido de um microscópio e resolve examinar minuciosamente estes cabelos, os seus pêlos esverdeados. daí você encontra milhares de outros organismos menores vivendo por ali. Claro, muitos piolhos, acáros e aranhas, mas também descobre que lá dentro, na superfície e também profundamente, vivem algas verdes! pequenos seres que “comem” as partículas do sol.


As algas da espécie Trichophilus welckeri, receberam este nome pois Trichophilus significa “amante dos pêlos” e foi descoberto que esta espécie existe somente em associação com o animal, numa simbiose mutualista, profunda e duradoura. Os pêlos absorvem água, e acabam tornando-se um local ideal para as algas, e a sobrevivência das algas de certa forma, contribuem na camuflagem da preguiça.
Agora só resta saber quem ama mais. A pequeníssima alga verde ou a esverdeada e sonolenta preguiça…


Nestes links é possível encontrar maiores informações sobre as evidencias moleculares, filogenia das algas e sobre a simbiose entre estes dois organismos:

SUUTARI. M. et al. Molecular evidence for a diverse green algal community growing in the hair of sloths and a specific association with Trichophilus welckeri (Chlorophyta, Ulvophyceae). BMC Evolutionary Biology.

http://www.helsinki.fi/research/news/2010/week15.html

Imagens:
http://cabinetmagazine.org/events/images/sloth
http://view3.picapp.com/pictures.photo/image/9606758/baby-sloth-fed-teresa/baby-sloth-fed-teresa.jpg

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