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Traduzindo: “Watching Bacteria Evolve, With Predictable Results”

Observando bactérias evoluírem, com resultados previsíveis

Por Carl Zimmer.

A Pseudomonas aeruginosa, uma bactéria comum, geralmente tem um único flagelo, que ela usa para se locomover. Alice Liang/New York University

A Pseudomonas aeruginosa, uma bactéria comum, geralmente tem um único flagelo, que ela usa para se locomover. Alice Liang/New York University

Se pudéssemos retroceder na história da vida, de alguma forma, para a aurora do reino animal, seria improvável que nós, humanos, sequer evoluíssemos, argumentou o biólogo evolucionário Stephen Jay Gould. A história da vida foi moldada por golpes de sorte e possibilidades demais para repetir seu curso.

Cientistas não podem voltar o relógio em 700 milhões de anos, então não sabemos com certeza se o Dr. Gould estava certo nesse ponto em particular. Mas, em experimentos usando bactérias e outros organismos de rápida procriação, os cientistas podem repetir a evolução muitas vezes nos seus laboratórios. E os resultados de um novo experimento publicado quinta-feira no periódico Cell Reports demonstram — com filmes — que a evolução pode ser surpreendentemente previsível.

O experimento foi feito por João Xavier, do Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, e seus colegas. Eles estudaram uma espécie de bactéria comum chamada Pseudomonas aeruginosa. Estes micróbios vivem em quase todo lugar — no solo, na água, na nossa pele. Sob certas condições, eles também invadem nossos corpos e causam infecções perigosas. Pessoas com fibrose cística, por exemplo, podem ter infecções da P. aeruginosa nos seus pulmões que são quase impossíveis de erradicar.

Para melhor entendermos a biologia deste patógeno, o Dr. Xavier começou a estudar como ele busca por comida. Em um processo chamado de colonização [swarming, no original], as bactérias borrifam moléculas grudentas que formam um carpete escorregadio; podem então deslizar sobre ele agitando suas caudas, devorando o alimento que encontram pelo caminho.

“Eu só me perguntava por que ninguém as havia filmado antes, porque o padrão é notável”, disse o Dr. Xavier. Ele derramou umas centenas de micróbios no meio de uma placa de Petri com açúcar e ligou uma câmera por sobre ela.

Para compreender como a bactéria forma colônias, o Dr. Xavier e seus pares permitiram que evoluíssem. Eles espalharam algumas centenas de micróbios em placas de Petri e lhes deram um dia para formar colônias e se reproduzirem. No dia seguinte, retiraram uma pequena amostra das bactérias das placas e as usaram para espalhar em novas placas.

[No vídeo acima, podemos ver a colonização por bactérias comuns e pelas hipercolonizadoras]

Os cientistas raciocinaram que, a cada geração, novas mutações surgiriam de tempos em tempos. Se uma mutação ajudasse as bactérias a prosperar nesse novo ambiente, ela poderia se tornar mais comum por conta da seleção natural.

E se tornou.

Dentro de alguns dias, a evolução das bactérias tomou um rumo dramático. As bactérias se tornaram 25 por cento mais rápidas que suas predecessoras — o Dr. Xavier as apelidou de “hipercolonizadoras”. Um vídeo das hipercolonizadoras ilustra fortemente o quão diferentes elas se tornaram, capazes de preencher toda a placa.

“Pensamos: ‘Algo estranho aconteceu'”, disse Xavier.

As hipercolonizadoras surgiram em três linhas de bactérias inspecionadas pelo pesquisador de pós-doutorado Dave van Ditmarsch. O Dr. Xavier e ainda outro membro do laboratório, Jen Oyler, refizeram o experimento. “Eu queria ter certeza de que isso não se devia apenas aos dedos mágicos de Dave”, Xavier disse.

Porém, não obstante quem aplicasse seus dedos na tarefa, o resultado era o mesmo. Das 27 linhas de bactérias, 27 evoluíram para hipercolonizadoras.

Quando os cientistas puseram as hipercolonizadoras sob um microscópio, puderam ver o que tinha mudado. Uma P. aeruginosa comum possui uma única cauda. As hipercolonizadoras evoluíram de forma de possuíam até meia dúzia de caudas. Essas caudas extras deram mais velocidade à bactéria.

Bactérias Pseudomonas aeroginosa hipercolonizadoras evoluíram durante experimentos para ter três ou mais caudas. Alice Liang/New York University

A fim de determinar como as bactérias ganharam as caudas, o Dr. Xavier e seus colegas sequenciaram o DNA de 24 linhas de hipercolonizdoras. Em 24 dos 24 casos, descobriu-se que elas adquiriam uma mutação no mesmo gene, chamado de FleN.

O FleN codifica uma proteína que controla outros genes envolvidos na construção de caudas. De algum modo — Xavier ainda não sabe como —, as mutações fizeram o FleN produzir um grande número de caudas, todas plenamente funcionais.

Usando suas muitas caudas, as hipercolonizadoras foram capazes de sair na frente de bactérias comuns e chegaram ao alimento fresco primeiro. Então, puderam se reproduzir mais rápido, deixando mais descendentes. Como resultado, cada população de bactérias rapidamente se tornou puramente hipercolonizadora.

Hipercolonizadoras evoluíam de forma tão confiável nos experimentos do Dr. Xavier que ele começou a se perguntar por que elas nunca haviam sido vistas. Ele especulou que, no seu laboratório, as bactérias adquiriam a habilidade de nadar mais rápido às custas de algum outro traço de que necessitam na natureza.

A colonização, afinal, não é a única tarefa essencial que a P. aeruginosa precisa realizar. Quando as bactérias encontram um lugar bom para se estabelecer, ancoram-se em uma superfície — uma folha, por exemplo, ou dentro de um pulmão humano. Elas formam uma camada emborrachada conhecida como biofilme.

Dr. Xavier e seus colegas descobriram que as hipercolonizadoras são ruins na produção de biofilmes por si próprias. Eles, então, misturaram hipercolonizadoras e bactérias normais e permitiram que os dois tipos de micróbios produzissem biofilmes juntas. Quando o biofilme se formava, os cientistas computavam quantas bactérias nele eram comuns e quantas eram hipercolonizadoras.

[…] [A]s bactérias comuns vencem, e as hipercolonizadoras foram praticamente extintas — confirmando que a habilidade de fazer biofilmes é mais importante para a sobrevivência das bactérias do que sere consumidoras de alimento mais velozes.

A descoberta de Xavier pode ajudar médicos que se empenham no combate à P. aeruginosa. Em hospitais de todo o mundo, as bactérias estão desenvolvendo resistência a diversos antibióticos, e os biofilmes fornecem parte da sua proteção por agirem como um escudo. Se os pesquisadores puderem encontrar um jeito de persuadir P. aeruginosa comuns a se comportarem mais como hipercolonizadoras, elas podem perder sua habilidade de produzir biofilmes.

Mas a pesquisa do Dr. Xavier também contém uma emoção científica em si mesma: a chance de ver a evolução em ação — várias e várias vezes.

E se há uma coisa de que Xavier pode estar certo agora , é de que suas bactérias se tornarão hipercolonizadoras graças a mutações no mesmo gene.

“Neste caso, pode ser que haja apenas algumas soluções no espaço evolucionário”, disse.

Fonte: The New York Times

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This entry was posted on 20 de Agosto de 2013 by in Biologia and tagged , , , , , , , , , , .

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