Agora que eles sabem que bactérias e fungos podem sobreviver na fumaça de um incêndio florestal, um pequeno grupo de pesquisadores está tentando descobrir as implicações
À medida que a mudança climática traz mais incêndios florestais ao oeste dos Estados Unidos, uma rara infecção fúngica também está aumentando. A febre do vale aumentou mais de seis vezes no Arizona e na Califórnia de 1998 a 2018, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos EUA.
A febre do vale causa tosse, febre e dor no peito e pode ser mortal. Os fungos culpados, membros do gênero Coccidioides, prosperam nos solos da Califórnia e no deserto do sudoeste. Os bombeiros são especialmente vulneráveis à doença. Os incêndios florestais parecem incitar e enviar os fungos que amam o solo para o ar, onde podem entrar nos pulmões das pessoas.
Se os incêndios estão ajudando esses fungos causadores de doenças a se locomoverem, eles poderiam estar enviando outros microorganismos para cima também? Leda Kobziar, ecologista de incêndios da Universidade de Idaho em Moscou, decidiu em 2015 ver se ela poderia descobrir se e como microorganismos como bactérias e fungos são transportados pela fumaça de incêndios florestais – e o que isso pode significar para a saúde humana e ecológica.
Em 2018, Kobziar havia lançado um novo campo de pesquisa que chamou de “piroaerobiologia”. Primeiro, ela perguntou se os microorganismos podem sobreviver ao calor escaldante de um incêndio florestal. A resposta, ela descobriu, é sim. Mas a distância que as bactérias e os fungos podem viajar com o vento e em que número são duas das muitas incógnitas.
Com um esforço recente para desencadear novas colaborações e investigações, Kobziar espera que os cientistas comecem a compreender a importância do transporte de micróbios pela fumaça.
Invisível, mas penetrante
O ar pode parecer claro, mas mesmo no ar mais limpo, “centenas de bactérias e fungos diferentes estão soprando”, diz Noah Fierer, microbiologista da Universidade do Colorado em Boulder.
Os ventos expulsam bactérias e fungos de todos os tipos de superfícies – campos agrícolas, desertos, lagos, oceanos. Esses micróbios podem subir na atmosfera para viajar pelo mundo. Cientistas encontraram microorganismos do Saara no Caribe, por exemplo.
Muitos (senão a maioria) dos microrganismos transportados pelo ar, incluindo bactérias, fungos e vírus, provavelmente não causam doenças, observa Fierer. Mas alguns podem deixar as pessoas doentes ou causar reações alérgicas, diz ele. Outros causam doenças em plantações e outras plantas.
Os bilhões de toneladas de poeira que saem dos desertos e campos agrícolas a cada ano atuam como uma correia transportadora microbiana. Em lugares como o Arizona, as pessoas sabem que devem ficar atentas aos sintomas de doenças transmitidas pelo ar, como a febre do Vale, após tempestades de areia, já que as infecções aumentam depois disso. Se a poeira pode mover microrganismos vivos ao redor do globo, faz sentido que as partículas na fumaça também sejam motores de micróbios, diz Kobziar – assumindo que as formas de vida microscópicas possam sobreviver a um incêndio e a uma rotação na atmosfera.
Pequenos viajantes
O aumento das temperaturas e o agravamento das secas levaram a temporadas de incêndios florestais mais longas e intensas em todo o oeste. Respirar a fumaça do incêndio causa doenças (SN Online: 18/09/20), causando até morte prematura por doenças cardíacas e pulmonares. Nos Estados Unidos, a fumaça do incêndio causa cerca de 17.000 mortes prematuras por ano – um número projetado para dobrar até 2100, de acordo com um estudo de 2018 da GeoHealth.
Em outras partes do mundo, os efeitos são muito piores. Em 2015, a fumaça de queimadas ilegais de desmatamento e incêndios florestais na Indonésia mataram cerca de 100.000 pessoas em todo o sudeste da Ásia, de acordo com um relatório de 2016 na Environmental Research Letters. A culpa é geralmente atribuída ao material particulado – partículas orgânicas e inorgânicas suspensas no ar, incluindo pólen, cinzas e poluentes. Mas os cientistas e funcionários da saúde estão cada vez mais percebendo que há muita coisa que não sabemos sobre o que mais na fumaça está afetando a saúde humana.
Os incêndios mais intensos, os que queimam mais quente e liberam mais energia, podem criar seus próprios sistemas climáticos e enviar fumaça até a estratosfera, que se estende cerca de 50 quilômetros acima da superfície da Terra. Uma vez lá, a fumaça pode viajar ao redor do mundo, assim como as cinzas de vulcões explosivos. A equipe de Kobziar e outros forneceram evidências convincentes no Jornal ISME de fevereiro de que microrganismos vivos e viáveis podem ser carregados em plumas de fumaça – pelo menos perto da superfície da Terra, se não mais acima.
Em 2015, enquanto estava na Universidade da Flórida em Gainesville, Kobziar e seus alunos coletaram as primeiras amostras de ar para esta linha de pesquisa durante uma série de queimadas planejadas, ou prescritas, que Kobziar instalou na floresta experimental da escola. O grupo chegou à floresta armado com estacas de 3 metros de comprimento cobertas com placas de Petri para coletar amostras do ar.
Antes de qualquer incêndio ser iniciado, a equipe manteve as placas de Petri no ar por três minutos para coletar amostras de ar como uma linha de base pré-incêndio. Então Kobziar, uma gerente certificada de queima de prescrição (ou como ela chama, um “isqueiro”), acendeu o fogo. Depois que as chamas se espalharam em um ritmo constante e a fumaça subiu, os alunos colocaram novas placas de Petri na fumaça, quase como se estivessem mirando um marshmallow em uma vara em uma fogueira. Isso permitiu que eles coletassem amostras de ar enfumaçado para comparar com as amostras “anteriores”.
De volta ao laboratório, em uma sala escura mantida a uma temperatura constante de 23 ° Celsius, tanto a linha de base quanto as placas de Petri fumegantes – cobertas e seladas contra contaminação adicional – foram deixadas por três dias. Micróbios começaram a crescer. Muito mais espécies de bactérias e fungos povoaram as placas de Petri fumegantes do que as placas de base, indicando que o fogo aerossolizou algumas espécies que não estavam no ar antes do incêndio, diz Kobziar.
“Ficamos surpresos com a quantidade de colônias microbianas diferentes que sobreviveram ao ambiente de combustão e cresceram nas amostras de fumaça, em comparação com muito poucas no ar ambiente”, diz ela. Com base em testes de DNA, a equipe de Kobziar identificou 10 tipos de bactérias e fungos; algumas são patogênicas para as plantas, uma é uma formiga parasita e outra ajuda as plantas a absorver nutrientes. “Este foi o momento em que a maneira como pensávamos sobre a fumaça foi completamente transformada”, diz ela.
Em 2017, depois que Kobziar se mudou para Idaho, sua equipe coletou amostras de solo da floresta experimental da Universidade de Idaho e as queimou – desta vez, no laboratório. Enquanto a fumaça se desenrolava acima dos solos em chamas, os pesquisadores coletaram amostras de ar e, novamente, as selaram e as colocaram em uma sala escura e quente para ver o que cresceria. Depois de uma semana, muitos micróbios diferentes, incluindo fungos, se multiplicaram em colônias nas placas, os pesquisadores relataram em 2018 na Ecosphere.
Vivo e em movimento
Desde então, a equipe de Kobziar coletou mais amostras de ar durante queimadas prescritas de intensidades variadas na Flórida, Idaho, Montana e Utah, unindo forças com a equipe do Experimento de Avaliação de Modelo de Incêndio e Fumaça do Serviço Florestal dos EUA, ou FASMEE Para a segurança de seus alunos, ela substituiu os pólos e as placas de Petri por drones. Ela envia um único drone carregando uma bomba de vácuo com um filtro em plumas de fumaça em altitudes variadas de até 120 metros, a equipe descreveu no jornal Fire in 2019.
Em todos os experimentos, os pesquisadores encontraram bactérias e fungos vivos, muitos dos quais não foram encontrados em nenhuma das amostras de ar coletadas antes dos incêndios. Em amostras de fumaça de Utah, por exemplo, a equipe do FASMEE encontrou mais de 100 fungos diferentes que não estavam no ar antes do incêndio, diz Kobziar. Os resultados incluíram espécies de Aspergillus, que podem causar febre, tosse e dor no peito, bem como Cladosporium, fungos que podem causar alergias e asma.
Não se sabe se algum desses microrganismos representa um perigo para as pessoas, Kobziar adverte. Sua equipe não testou se as espécies microbianas que sobrevivem ao calor podem causar doenças, mas o grupo planeja fazê-lo.
A pesquisa em Utah revelou outro fato crucial: esses micróbios são resistentes. Mesmo na fumaça de incêndios de alta intensidade e alta temperatura, cerca de 60 por cento das células bacterianas e fúngicas estão vivas, diz Kobziar. Aproximadamente 80 por cento parecem sobreviver a incêndios de baixa intensidade, que é “aproximadamente a mesma porcentagem de células que esperaríamos ver vivas em condições de ar ambiente”, diz ela. Assim, esses primeiros estudos mostram que os incêndios estão enviando bactérias e fungos vivos para o ar. E que eles podem viajar pelo menos 120 metros acima do solo e perto de um quilômetro de uma frente de chamas.
Mas muitas questões básicas permanecem, Kobziar diz. Como os micróbios mudam – em quantidade, tipo ou viabilidade – com base na distância percorrida para longe das chamas? Até onde eles podem realmente ir? Como as diferentes fontes de combustível – pinheiros, pastagens, árvores decíduas ou plantações, por exemplo – afetam a liberação microbiana? Como a intensidade do fogo afeta o que é lançado e a distância que viaja? O tipo de combustão – latente (como uma tora molhada em uma fogueira) versus incêndios com chamas de alta intensidade – afeta o que é liberado? Como a temperatura, umidade ou clima afetam a sobrevivência microbiana?
Então, é claro, Kobziar tem muitas perguntas sobre como conduzir esse novo campo de pesquisa: Quais são as maneiras mais seguras e melhores de coletar amostras do ar no ambiente perigoso de um incêndio florestal imprevisível? Como você evita contaminar as amostras biológicas?
Ela está aprendendo à medida que avança, aprimorando sua metodologia. As respostas para muitas dessas perguntas podem vir se uma das colaborações dos sonhos de Kobziar se tornar realidade: ela quer trabalhar com os pesquisadores cujos estudos envolvem o “laboratório voador” da NASA DC-8, que explora a superfície e a atmosfera da Terra para estudos que vão desde arqueologia vulcanologia.
Os pesquisadores já rastrearam muitos produtos químicos diferentes liberados por incêndios na estratosfera do Ártico ao Pacífico Sul e em todos os lugares entre eles, usando o DC-8 para a missão de tomografia atmosférica da NASA, diz Christine Wiedinmyer, modeladora de emissões de fogo do Cooperative Institute for Research em Ciências Ambientais em Boulder, Colorado. Encontrar assinaturas rastreáveis de incêndios em toda a atmosfera sugere que os incêndios também podem estar enviando bactérias e fungos ao redor do mundo, diz ela.
DAVID PETERSON / U.S. NAVAL RESEARCH LAB
“Piroaerobiologia é tão legal”, diz Wiedinmyer, que rastreia e simula o movimento de produtos químicos na fumaça de incêndios florestais em todo o mundo. Ela não vê razão para que tais modelos de química atmosférica não possam ser usados para rastrear e prever o movimento de micróbios nas nuvens de fumaça – uma vez que os pesquisadores coletem medições suficientes. Esses dados podem responder a perguntas básicas sobre os perigos dos microrganismos da fumaça para a saúde humana.
O microbiologista Fierer em Boulder e Wiedinmyer colaboraram na amostragem e modelagem química. Os dois planejam passar para a modelagem bacteriana e fúngica usando dados que Fierer está reunindo sobre as concentrações microbianas na fumaça do incêndio florestal.
Kobziar, enquanto isso, está trabalhando com modeladores atmosféricos para descobrir como modelar os movimentos dos micróbios na fumaça. O objetivo de longo prazo é desenvolver modelos para complementar as previsões atuais da qualidade do ar com avisos de problemas de qualidade do ar nos Estados Unidos relacionados a microorganismos liberados por incêndios florestais na fumaça.
Um mapa dos EUA
Enquanto a equipe de Kobziar se concentra na medição de micróbios na fumaça, a equipe de Fierer está trabalhando para obter uma linha de base de quais micróbios estão no ar em diferentes locais durante os tempos normais e, em seguida, comparando a linha de base com a fumaça. O grupo tem feito amostras de ar interno e externo em centenas de casas nos Estados Unidos para “mapear quais micróbios estamos respirando enquanto andamos fazendo nossos negócios diários”, diz Fierer. Eles também estão amostrando ar em todo o Colorado, que experimentou incêndios recordes em 2020.
A equipe de Fierer usa estações de amostragem com aspiradores pequenos e de alta potência sobre postes de 2 metros de altura para “amostrar o ar por um período de tempo sem fumaça. Então, bum, a fumaça atinge [o local], fazemos a amostragem por alguns dias quando há fumaça no ar e depois também fazemos a amostragem “, diz Fierer. Analisar amostras de antes, durante e depois de um incêndio é o ideal, diz ele, pois há uma enorme variação nas populações microbianas e fúngicas no ar. Perto de uma cidade do meio-oeste no inverno, por exemplo, os microrganismos podem incluir aqueles associados a árvores locais ou, estranhamente, fezes de cachorro; perto de um confinamento de gado do Colorado no verão, os micróbios podem incluir aqueles associados às fezes do gado.
N. FIERER
Quando a equipe obtiver os resultados – a coleta e a análise de dados foram atrasadas pela pandemia – Fierer diz: “saberemos as quantidades e tipos de micróbios encontrados na fumaça do incêndio em comparação com amostras de ar sem fumaça emparelhadas e se esses micróbios são viáveis . ” Pelo menos no Colorado. Uma vez que os cientistas obtiveram as medições de quantos micróbios podem ser transportados pela fumaça e a quais altitudes, o grupo de Fierer pode combinar essas informações com os números da produção global de fumaça para chegar a “alguns cálculos retrospectivos” do volume de micróbios viajando em plumas de fumaça. Eventualmente, diz ele, os cientistas poderiam descobrir quantos estão vivos e se isso é importante para a saúde humana – ainda “uma questão pendente”.
Grandes avanços podem ser feitos se mais cientistas se envolverem na pesquisa, dizem Fierer e Kobziar. Esta pesquisa precisa de uma abordagem verdadeiramente multidisciplinar, com a colaboração de microbiologistas, ecologistas florestais e cientistas atmosféricos, diz Fierer. Seguir sozinho “seria equivalente a um microbiologista estudando micróbios no oceano e não saber nada sobre oceanografia”, diz ele. Felizmente, após Kobziar e o médico infeccioso George Thompson, da Universidade da Califórnia, Davis publicou um apelo às armas na revista Science em dezembro passado, resumindo suas pesquisas em piroaerobiologia e observando as principais questões, vários pesquisadores de diferentes áreas expressaram interesse em investigar o tópico. “Isso é exatamente o que esperávamos que acontecesse”, diz Kobziar.
Existe perigo?
Nos últimos anos, Thompson observou um aumento substancial de pacientes que contraíram a febre do Vale e outras infecções fúngicas após incêndios florestais próximos. Ele estava bem ciente de que, quando as partículas da fumaça entram nos pulmões, podem causar dificuldades respiratórias, pneumonia e até ataques cardíacos. Na verdade, os cientistas relataram no Journal of the American Heart Association em abril de 2020 que a exposição à fumaça pesada durante os incêndios florestais de 2015-2017 na Califórnia aumentou o risco de ataques cardíacos em até 70 por cento.
Ele começou a se perguntar se os infernos recordistas da Califórnia estavam estimulando outros micróbios junto com o fungo que causa a febre do Vale. Então ele juntou forças com Kobziar.
A ligação com a febre do Vale parece ser real, mas até agora local. Por exemplo, depois que o incêndio Simi em 2003 queimou o condado de Ventura, mais de 70 pessoas adoeceram com a febre do Vale. Mas se os fungos Coccidioides podem viajar para deixar as pessoas doentes à distância do fogo, ninguém sabe.
Existem maneiras de descobrir se mais pessoas, localmente ou mais distantes, estão ficando doentes com infecções bacterianas ou fúngicas após os incêndios florestais. Uma maneira, diz Thompson, é examinar as prescrições de antibióticos de uma comunidade e as hospitalizações no mês anterior e no mês seguinte ao incêndio: mais prescrições ou hospitalizações por infecções bacterianas ou fúngicas após um incêndio podem indicar uma ligação.
Em 2019, na reunião do American Transplant Congress, por exemplo, os pesquisadores relacionaram os incêndios florestais na Califórnia com o aumento das hospitalizações relacionadas a infecções por fungos Aspergillus e Coccidioides.
Mas até que saibamos mais sobre o que os micróbios liberam e para onde vão, não saberemos a importância dessa ligação para a saúde humana, diz Fierer.
Há tanto que não sabemos ainda, Thompson concorda. “Ainda temos muito trabalho a fazer. Isso é meio que o começo da história. ”
Publicado em 14/04/2021 13h25
Artigo original:
Estudo original: