Ninguém quer ficar com ela: a Rainha Negra
Ninguém quer ficar com ela…
Ela: a rainha de espadas – a rainha negra!
Pelo menos essa é a ideia por trás do jogo “copas” e que foi incorporada como base para uma nova hipótese evolutiva. No jogo, o objetivo é evitar ficar com a rainha de espadas e assim ganhar mais pontos!
Geralmente associa-se a evolução dos organismos a uma maior complexidade estrutural e genomica. Sabemos porém que isso não é verdade, em muito casos, principalmente naqueles de relação simbiótica muito intima acontece a redução genomica , pois um organismo passa a se aproveitar das facilidades que o outro pode fornecer (isso é comumente observado nos parasitas). A Hipótese da Rainha Negra (Black Queen Hypothesis), porém, busca explicar casos de redução do genoma de organismos de vida livre. Assume-se, então, que a evolução levou a alguns desses microrganismos a perderem genes essenciais à sua sobrevivência, pois existiriam outras espécies ao seu redor capazes de de assumir essa função. A idéia é relativamente simples e vem preencher algumas lacunas importantes, principalmente no quesito “ecologia microbiana”.
Os autores do trabalho estudaram a cianobacteria Prochlorococcus, um procarioto marinho considerado um dos principais seres fotossintetizantes do fitoplâncton – mas que é extremamente difícil de crescer em cultura pura no laboratório. Isso acontece porque esses microrganismos são muito sensíveis ao que denominamos espécies reativas do oxigênio (como, por exemplo, o peróxido de hidrogênio). Mas no oceano, como você deve estar imaginando, ela se aproveita da “boa vontade” de outras bactérias que removem essa substância do ambiente para sobreviver.
Quando análises genômicas foram feitas, o que se observou é que Prochlorococcus já foi capaz de produzir a catalase-peroxidase (enzima que degrada o peróxido de hidrogênio, protegendo, assim, o microrganismo), mas pelo jeito, a manutenção dessa função era muito custosa e como se fosse uma rainha de espadas, ela foi descartada. A vantagem disso envolve economia de energia, e esta pode ser usada, por exemplo, para a multiplicação! Porém, ao mesmo tempo, vemos como essa dependência torna essas espécies mais vulneráveis.
Como falei mais acima, o conhecimento de que bactérias de vida livre podem estabelecer relações de dependência com outros membros da comunidade poderia explicar, pelo menos em parte, a grande difículdade de se cultivar alguns microrganismos em laboratório. Se antes achávamos que isso devia-se à dificuldade de se reproduzir artificialmente as necessidades nutricionais desses mcirobios, hoje temos que ter uma visão mais complexa sobre as condições de cultivo dos microrganismos. Além disso, a partir dessa nova visão, poderemos entender um pouco mais sobre a coevolução e as relações estabelicidas entre os diferentes micróbios que compõem um biofilme microbiano.
Para conferir uma abordagem mais evolutiva você pode dar uma olhadinha no post “A outra rainha: a hipótese da rainha negra“, publicado no Evolucionismo.
Morris, J., Lenski, R., & Zinser, E. (2012). The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss mBio, 3 (2) DOI: 10.1128/mBio.00036-12
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Fungos ajudaram a “esverdear” a Terra (via Química de Produtos Naturais)
A colonização da Terra por plantas terrestres ocorreu há aproximadamente 450 milhões de anos. Até então, tudo era muito cinza. Os níveis de O2 (oxigênio) na atmosfera ainda eram muito baixos. Mas aparentemente, o “trabalho em equipe” promoveu uma alteração significativa na paisagem. Em 1975, Pirozynski e Malloch sugeriram que fungos micorrízicos1 colaboraram com as plantas para tornar a Terra “mais verde”. Os autores sugeriram que a associação en … Read More
Diga-me o que comes, que te direi quem és
AQUECIMENTO…
“Imagine-se sendo servido de uma comida exótica que, devido a sua natureza estranha, não pode ser comida utilizando-se utensílios convencionais. Agora, imagine que uma pessoa nativa (do mesmo local de origem da estranha comida) lhe fornece um artefato que lhe permitirá comer o alimento sem esforço – como, por exemplo, uma comida enlatada e um abridor de latas”.
Agora volte à realidade e, com aquela situação em mente, atente-se ao seguinte caso…
O CASO…
Hehermann et al estavam estudando a bactéria marinha Zobellia galactanivorans, quando identificaram uma nova classe de enzimas (porfiranases) que degradam um grupo de carboidratos complexos (as porfiranas). Esses carboidratos são encontrados, por exemplo, na alga nori (do gênero Porphyra) que é utilizada na preparação do famoso sushi!
Os pesquisadores resolveram então procurar em bases de dados outras bactérias que também possuíssem as porfiranases, ou seja, as enzimas que degradam porfiranas. E eles encontraram mais 6! Mas, curiosamente, uma não era bactéria marinha como a Z. galactanivorans… mas uma espécie encontrada na microbiota de seres humanos! E, mais especificamente, de japoneses.
O nome dessa bactéria é Bacteroides plebeius. Mas o que isso tem de tão interessante?
Analisando o genoma de espécies de bactérias próximas à B. plebeius, os cientistas concluíram que essa enzima não estava presente em nenhuma das bactérias parentes da dita bactéria.
OS MECANISMOS ENVOLVIDOS…
Peraí. Como essa bactéria então conseguiu essa enzima? O que os autores do artigo propõem é que tenha sido através de um mecanismo que chamamos de “transferência horizontal (ou lateral) de genes“. Isso significa que uma bactéria pode adquirir genes de outras bactérias que não sejam suas ancestrais diretas!
- A transferência horizontal de genes seria como se uma pessoa que tem olhos azuis se aproximasse de você e, gentilmente, te passase os “genes-olhos-azuis”. Você, então, intenalizaria esses genes e… (supresa!) você passa a ter olhos azuis”!
- Esse mecanismo de transferência gênica é um dos culpados para disseminação da resistência bacteriana à antibióticos e, consequentemente, do surgimento de linhagem multirresistentes como o MRSA (Staphylococcus aureus resistente à meticilina – e a mais um monte de antibióticos)
- Já a transferência vertical de genes, é a que acontece com a gente: herdamos os genes dos nossos pais, nossos ascendentes diretos.)
Em outras palavras, isso significaria que genes da bactéria marinha Zobellia galactanivorans (do início do post, e que se alimenta de algas que são utilizadas na fabricação do sushi) acabam (via sushi) chegando ao intestino dos japoneses. Ali, as bactérias da microbiota (Bacteroides plebeius) se apropriaram de alguns genes (no caso, o da enzima porfiranase) que permitem às bactérias se alimentarem de mais uma fonte de alimento!
E DAÍ…?
Para verificarem se era um evento comum, os pesquisadores examinaram as bactérias intestinais de 13 volutários japoneses em busca de porfiranases. E acharam pelo menos 7 enzimas do mesmo tipo, além de outras 6 com papel semelhante. Além do microbiona dos “japas”, 18 americanos também foram analisados, e em nenhum o gene foi encontrado.
As enzimas humanas não digerem muitos dos polissacarídeos vegetais e, assim, eles passam ao final do tubo digestório onde, ali, as bactérias da microbiota (já falei sobre isso AQUI e AQUI) fornecerão uma ajudinha. Isso acontece, pois essas bactérias obtém energia degradando polissacarídeos da dieta do seu hospedeiro. Agora, com esse estudo, temos a evidência de que os alguns japoneses possuem uma ajudinha extra para digerir, com maior eficiência, o sushi – enquanto nós, meros ocidentais, nos contentamos em eliminar a alga sem digeri-la.
É muito relevante ressaltarmos que há tempos fala-se na possibilidade de a microbiota intestinal trocar genes com microrganismos do ambiente. Mas isso era apenas uma hipótese provável, mas nunca demonstrada… até este paper.
Sabemos que um dos indivíduos da pesquisa, foi uma bebezinha que, com certeza, ainda não comeu sushi em grandes quantidades, mas que apresenta em seu microbioma, os genes da porfiranase. O que isso significa? Se eu disser que sua mãe também possui bactérias que produzem a enzima fica mais claro? Sim… Transmissão mãe-filha da microbiota!
Ainda não sabemos quando ocorreu esta transferência de genes. Acredito que já tenha algum tempo, por dois amplos motivos: 1) é um processo raro de acontecer e; 2) antes as algas não eram esterilizadas, e hoje passam por processos de cozimento e preparo que podem dificultar ainda mais o processo.
Apesar disso, essa descoberta nos dá uma ideia de como a microbiota pode ter se adaptado durante as alterações na dieta humana – ou mesmo como a própria microbiota pode direcionado a evolução humana – de forma a, com o passar do tempo, podemos obter um melhor aproveitamento nutricional da nossa alimentação. Podemos, então, pensar como nossos hábitos alimentares contemporâneos estão colocando em teste nossa microbiota, direcionando o microbioma humano a um novo padrão para as próximas gerações.
“Na próxima vez que você der uma bicadinha em um alimento diferente, pense nos microrganismos que podem estar ali, que você irá provavelmente ingerir e que, possivelmente, estarão fornecendo novas ferramentas aos seus 100 trilhões de amigos microscópicos!”
Ah, e então!? Conseguiu fazer a relação com o textinho do início da postagem?
ARTIGOS
Hehemann, J., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010). Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota Nature, 464 (7290), 908-912 DOI: 10.1038/nature08937
Jermy, A. (2010). Environmental microbiology: You are what you eat Nature Reviews Microbiology, 8 (6), 387-387 DOI: 10.1038/nrmicro2372
Sonnenburg, J. (2010). Microbiology: Genetic pot luck Nature, 464 (7290), 837-838 DOI: 10.1038/464837a
LEIA TAMBÉM:
- Algas de sushis só são digeridas por japoneses – no Química Viva
- Do fundo do oceano para o sushi, e do sushi para o fundo do estômago – n’O amigo de Wigner
- Gut bacteria in Japanese people borrowed sushi-digesting genes from ocean bacteria – no Not Exactly Rocket Science
- Gut Bacteria Give Super Seaweed-Digestion Power to Japanese – no Wired Science
O que não me mata me faz mais forte? – Resistência, seleção e mutação em bactérias
Estava eu lendo o último livro de Richard Dawkins - “O maior espetáculo da Terra” (leia a resenha feita pelo Luis Bento, do “Discutindo Ecologia”, aqui) – quando me deparei com o seguinte trecho na página 130:
“Causou-me certa irritação ler um folheto, no consultório do meu médico, alertando sobre o perigo de parar de tomar comprimidos de antibiótico antes do tempo prescrito. Não há nada de errado no aviso em si, mas a justificativa apresentada preocupou-me. O folheto explica que as bactérias são ‘espertas’ e ‘aprendem’ a lidar com antibióticos. Presumivelmente os autores acharam que o fenômeno da resistência aos antibióticos seria mais fácil de entender se eles o chamassem de aprendizado em vez de seleção natural. Mas falar em esperteza e aprendizado para bactérias é confundir o público, e sobretudo não ajuda o paciente a compreender por que ele deve seguir a instrução de continuar tomando comprimidos até o fim. [...] Se entre as bactérias houver variação genética que torne mais suscetíveis ao antibiótico do que outras, uma dose intermediária será sob medida para uma seleção benéfica aos genes que favorecem a resistência.”.
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Esse trecho me fez lembrar de uma questão do Vestibular-2008 da UFMG, que trata justamente da questão da resistência das bactérias aos antibióticos. Resolvi, então, fazer uma série sobre resistência a antibacterianos; mas a falta de tempo que cai sobre mim este semestre tem me impedido de fazê-la. Porém, consegui fazer este post comentando alguns aspectos da questão a que me referi.
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Uma propriedade muito legal nas bactérias é sua capacidade de reprodução [assexuada- por fissão binária] extremamente rápida, atingindo populações extremamente numerosas em um tempo relativamente curto. Isso ocorre pois, além do curto tempo de geração (alguns minutos ou horas, geralmente), o crescimento é exponencial, onde uma bactéria origina sempre duas, e assim por diante. Dessa forma, em 8 gerações, a partir de uma única bactéria obteríamos 256 células (1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> 32 -> 64 ->128 ->256…). Se o tempo necessário para a bactéria se dividir for de 30 minutos, essa quantidade seria obtida após 4 horas apenas…
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Saiba, porém, que quando vamos fazer uma cultura de bactérias, não colocamos apenas 1 célula, mas várias. E com essa multiplicação exponencial, após 24 horas, em um tubo de ensaio com 5 mL de meio de cultura líquido, conseguimos quantidades enormes como 5 bilhões de bactérias (cerca de 1 bilhão [109] de bactérias por mL). Impressionante, não?!
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É essa multiplicação rápida e constante permite não só a obtenção de muitos indivíduos em pouco tempo, mas também nos permite visualizar o processo de seleção natural mais facilmente do que em organismos que possuam uma reprodução mais lenta. E uma das formas mais comentadas de seleção em bactérias diz respeito à resistencia à antibacterianos/antibióticos.
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Abaixo, figura (do vestibular UFMG/2008), mostra bem a visão que normalmente se cria na população quando o assunto é resistência à antibióticos. Ela retoma bem o exemplo de Dawkins reproduzido acima. Segundo aquele exemplo, poderíamos interpretar a figura (INCORRETAMENTE – vale ressaltar) como uma população de bactérias que era sensível ao antibiótico ampicilina, até que, após a introdução do antibiótico, as bactérias usaram da sua esperteza para aprenderem a se tornarem resistentes ao antibiótico. Essa ideia retoma a ideia Lamarckista de evolução, no qual a evolução depende da vontade do organismo, levando-o à perfeição.
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A próxima figura (também do vestibular UFMG/2008), nos mostra uma visão mais realista do que acontece. A partir de uma população inicial, surgiu ali uma mutação que tornou parte das bactérias resistente ao antibiótico. Isso não conferiu, necessariamente, vantagem evolutiva para essas mutantes no período anterior à introdução da ampicilina – ou seja, elas se multiplicavam e conviviam com as não-resistentes… Foi então que o uso do antibiótico eliminou as bactérias sensíveis da população, garantindo vantagem reprodutiva para as bactérias resistentes. Essas, então, foram selecionadas, e passaram a reproduzir. A partir de então, a população das bactérias é constituída apenas de bactérias resistentes ao antibiótico.
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Falei ali no parágrafo acima que a bactéria tornou-se resistente porque sofreu uma mutação. Quando falamos em mutação temos que lembrar que este é um evento raro. A probabilidade “normal” de uma mutação ocorrer espontaneamente em um determinado gene de E. coli é de cerca 1 em 10 milhões (1×10-7) por divisão celular. Se considerarmos as cerca de 2×1010 novas células de E. coli que surgem a cada dia no intestino de uma pessoa, existirão cerca de (1×10-7) X (2×1010) = 2.000 bactérias com uma mutação neste gene. O número total de mutações quando todos os 4.300 genes de E.coli são considerados é de cerca de 2.000 X 4.300 = 9 milhões por dia em cada hospedeiro humano.
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Neste tubo de ensaio temos uma cultura de 6,5 mL de bactérias, logo temos cerca de 6.500.000.000 bactérias (6,5 bilhões é um número razoavelmente próximo do número de humanos no nosso planeta que deve estar próximo dos 7 bilhões). É como se neste tubo inteiro, apenas 650 bactérias tivessem a mutação em um determinado gene (considerando a taxa de 1/10 milhões).
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É obvio que no tubo existem diversas outras mutações, algumas com taxas um pouco maiores e outras, menores. Mas o que é importante notar é que esse evento é RARO, inclusive nas bactérias. O que acontece é que em pouco tempo conseguimos um grande número de gerações. Assim, o que na população humana (que tem gerações de ~25 anos) demoraria muitos e muitos anos para acontecer, acontece nos procariotos em um tempo muito curto.
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Veja este vídeo produzido na UFMG sobre resistência bacteriana a antibióticos.
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SAIBA MAIS
http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit2/control/mutate.html
Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP (2010) Microbiologia de Brock. 12 ed. Porto Alegre: Artmed
Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse AS (2009) Jawetz, Melnick e Adelberg: Microbiologia Médica. 24 ed. Rio de Janeiro: McGraw-Hill/Artmed
Campbell NA, Reece JB et al. (2010) Biologia. 8 ed. Porto Alegre: Artmed
“Além de Dawin” – minhas impressões
Antes de começar eu acho necessário fazer uma pequena ressalva >> Quem me conhece sabe que dificilmente eu pego um livros de contos para ler – não gosto muito, sabe. Aquele texto curtinho que mal você pega, começa a empolgar e… já acabou. Prefiro livro com capítulos longos (Ficadica pra quem for me dar livros de presente).
Pois bem… um dia, lendo os tweets que apareciam na minha página vejo alguém (provavelmente a Bê) comentando de um tal livro… “Além de Darwin”. E depois esse nome foi se multiplicando e junto descobri que o autor (Reinaldo José Lopes) já tem gabarito na área. Depois comecei a ver umas resenhas pipocando ali… outra acolá… todas falando superbem do cara do livro. Pensei comigo mesmo “vou comprar!” – e comprei.
Saí da livraria e quando cheguei em casa, rasguei o plástico que empacotava o livro e fui folheá-lo… Definitivamente esse não seria um livro que eu compraria se estivesse olhando livros na livraria. Provavelmente eu o pegaria, passaria as páginas… mas a estrutura em pequenos textos me faria desistir.
Ainda bem que eu já tinha comprado quando eu vi isso e, que bom, que só ouvi boas palavras do livro.
Além de Dawin – Reinaldo J. Lopes – Ed. Globo
Pois então… “Além de Darwin” é um livro de divulgação científica. Pode ser lido por praticamente qualquer pessoa pois é escrito de maneira fácil sem o uso de termos complexos – os que aparecem são logo explicados de uma maneira extremamente brilhante – e nem por isso é superficial.
Reinaldo começa seu livro fazendo um breve resumo da história da Terra. Depois passeia pelos mais diferentes temas (?) da biologia: da biologia molecular, passando pelas bactéria, os animais, o sexo… tudo isso de forma fluente, em um constante diálogo com o leitor. Reinaldo consegue ainda tecer paralelos com a história, a literatura e as mitologias grega e nórdica.
Só para deixar quem ainda não leu, com mais vontade, alguns dos temas que são tratados no livro:
- Como a evolução fez com que seres adultos mantivesse em sua fisionomia algumas características infantis (pedomorfose)
- Fala como o mecanismo de partenogênese (reprodução sem sexo) sem mantém apesar de ser aparentemente inviável.
- Os corvos são muuuuito espertos (isso realmente me surpreendeu)
- A saída dos vertebrados do meio aquático
- A volta dos mamíferos com casco para a água e origem dos cetáceos (lendo você vai entender que não é tão absurdo como, aparentemente, parece – só para completar, esse foi, definitivamente, um dos maiores choques que eu tive durante o meu curso)
E assim, mais do que um livro que um livro que mostra exemplos de fatos que suportam a teoria/o fato da A Evolução, “Além de Dawin é um livro que exalta a vida. E, supreenda-se ou não, Reinaldo é “um católico praticante, o que nos mostra que Religião e Ciência apesar de serem “coisas” distintas, não são, necessariamente, mutuamente excludentes.
Gosta de evolução? Leia “Além de Dawin”…
Não gosta? Leia também… é diversão com conteúdo!
