Fios misteriosos de DNA que aparentemente assimilam genes de muitos organismos diferentes em seu ambiente circundante foram descobertos em um quintal da Califórnia.
Os cientistas chamaram esses elementos de “Borgs”, e sua descoberta pode nos ajudar não apenas a entender a evolução dos microrganismos, mas também suas interações dentro de seus ecossistemas e seu papel no ambiente mais amplo.
De acordo com a geomicrobióloga Jill Banfield, da Universidade da Califórnia, Berkeley, Borgs poderia fazer uma descoberta tremendamente significativa.
“Não estou tão animada com uma descoberta desde o CRISPR”, disse ela no Twitter. “Encontramos algo enigmático que, como o CRISPR, está associado a genomas microbianos.”
Um artigo que descreve as estruturas foi carregado para o servidor de pré-impressão bioRxiv e atualmente aguarda a revisão por pares.
O primeiro dos borgs foi descoberto na lama retirada do quintal de Banfield. Ela estava trabalhando com o geneticista Basem Al-Shayeb da UC Berkeley para identificar vírus que infectam micróbios anóxicos conhecidos como archaea, que vivem em ambientes úmidos, relata a revista Science.
O DNA ambiental é uma excelente forma de identificar a variedade de organismos que habitam um ecossistema. Mas em sua colher de lama, Banfield e Al-Shayeb encontraram algo engraçado: uma estrutura de DNA que consiste em quase um milhão de pares de bases. Aquilo é enorme.
Um exame mais atento da sequência revelou ainda mais peculiaridades: mais da metade dos genes eram novos; ele tinha sequências espelhadas no final de cada fita; e mostrou estruturas consistentes com a capacidade de auto-replicação.
Intrigados, os pesquisadores se voltaram para bancos de dados de DNA para ver se conseguiam encontrar mais alguma coisa que se parecesse com a descoberta deles. Eles identificaram 19 sequências que pareciam se adequar ao perfil.
O que são essas estruturas de DNA não está claro, mas elas são certamente fascinantes. Eles pertencem a uma classe de estruturas denominadas elementos extracromossômicos, ou ECEs, que podem ser encontrados fora dos cromossomos que contêm a maior parte do material genético de um organismo.
Os ECEs são enormes e auto-replicantes e podem ser encontrados dentro ou fora dos núcleos celulares; exemplos incluem plasmídeos e DNA viral.
“Não podemos provar que são vírus arqueaais, plasmídeos ou minicromossomos, nem podemos provar que não são”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
Os Borgs são muito maiores do que outros ECEs, no entanto, de acordo com Banfield: um terço do tamanho de seus micróbios hospedeiros.
O sequenciamento revelou que os borgs que encontraram têm características em comum com um gênero de archaea chamado Methanoperedens, que oxida o metano, sugerindo que as estruturas podem estar associadas a esses micróbios em particular. Na verdade, os borgs podem estar envolvidos de forma crítica nesse processo.
Isso é do interesse de cientistas como Banfield, porque o processo reduz a quantidade de metano na atmosfera. Como o metano é um potente gás de efeito estufa, aprender como os micróbios o conduzem pode ter implicações para a ciência do clima.
No entanto, Methanoperedens não podem ser cultivados em um ambiente de laboratório – ainda não, de qualquer maneira. Um problema com o DNA ambiental é que ele pode ser contaminado por outro material genético no mesmo ambiente.
Na verdade, os borgs parecem compartilhar muitas sequências de genes de outros elementos e micróbios; os pesquisadores interpretam isso como significando que os ECEs absorveram e assimilaram esses genes e elementos – daí o nome, em homenagem à raça alienígena da mente colméia de Jornada nas Estrelas.
É possível, no entanto, que esses genes compartilhados sejam evidências de contaminação ambiental. Até que os metanoperedens possam ser cultivados em um laboratório, isolados dessas influências contaminantes, pode não ser possível declarar definitivamente essas estruturas genéticas como uma nova descoberta.
No entanto, a descoberta é intrigante. Se os borgs forem reais, eles podem aumentar a capacidade dos Methanopederens de oxidar metano. Isso sugere que processos desconhecidos podem estar em jogo e que esses ECEs desempenham um papel até então desconhecido na regulação da atmosfera.
“Os borgs carregam vários genes metabólicos, alguns dos quais produzem variantes das proteínas Methanoperedens que podem ter propriedades biofísicas e bioquímicas distintas”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
“Supondo que esses genes estendam e aumentem o metabolismo energético do Methanoperedens, os Borgs podem ter consequências biogeoquímicas de longo alcance, incluindo a redução dos fluxos de metano, com implicações climáticas importantes e imprevistas.”
Publicado em 19/07/2021 20h55
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