As colônias de bactérias podem se organizar em complexos padrões semelhantes aos de anéis, que apresentam uma “semelhança intrigante” com embriões em desenvolvimento e foram considerados exclusivos de plantas e animais, sugere uma nova pesquisa.
As células bacterianas se unem em grupos para formar colônias compactadas chamadas biofilmes, que têm uma reputação crescente por agir estranhamente como organismos multicelulares. Esses biofilmes podem ser encontrados em quase qualquer lugar, desde cascos de barcos, plantações e fontes termais, até a placa pegajosa e teimosa que se acumula em nossos dentes.
Mas, como aprendemos, os biofilmes não devem ser confundidos com glóbulos viscosos de células – eles podem formar padrões sofisticados que lembram como as plantas e os animais desenvolvem segmentos à medida que crescem, como mostra esta nova pesquisa.
“Estamos vendo que os biofilmes são muito mais sofisticados do que pensávamos”, diz o biólogo molecular e autor do estudo Gürol Süel, da Universidade da Califórnia em San Diego, cuja pesquisa anterior sugeriu que os biofilmes compartilham uma memória coletiva semelhante aos neurônios do cérebro (embora nem todos os cientistas foram convencidos).
Além do mais, os biofilmes também parecem ser capazes de recrutar outras espécies bacterianas para se juntar às suas comunidades usando sinais elétricos de longo alcance.
Neste último estudo, Süel e colegas observaram biofilmes bacterianos crescidos em laboratório, formando estruturas em forma de anel que são uma reminiscência de ‘listras’ de desenvolvimento vistas em plantas e animais.
Em organismos multicelulares, esse padrão celular conhecido como segmentação dá origem a diferentes tipos de tecidos e formas corporais complexas, enquanto as comunidades de biofilme, que são essencialmente aglomerados de bactérias unicelulares, foram pensadas para formar apenas as estruturas mais primitivas.
“Nossa descoberta demonstra que os biofilmes bacterianos empregam um mecanismo de padronização de desenvolvimento até então considerado exclusivo para vertebrados e sistemas de plantas”, escreveram os pesquisadores.
No laboratório, a equipe cultivou Bacillus subtilis, uma bactéria em forma de bastonete encontrada no solo e em humanos e que forma biofilmes enrugados.
Quando carentes de nitrogênio, os biofilmes em crescimento se organizavam em bandas circulares claras, lembrando anéis de árvores e o tipo de segmentação visto em embriões em desenvolvimento. Dê uma olhada no vídeo abaixo, que captura uma colônia crescendo ao longo de dois dias.
Este padrão em anel, os pesquisadores pensam, é gerado por um circuito genético subjacente nas células bacterianas que respondem ao estresse extremo quando nutrientes como o nitrogênio vital estão em falta.
Modelagem matemática e experimentos revelaram que, conforme os biofilmes cresciam para fora e engoliam nutrientes, uma ‘onda’ de depleção de nutrientes se movia através das células bacterianas, essencialmente ‘congelando’ cada célula no local com os genes de mitigação de estresse que estavam usando no momento.
Esta resposta pulsante e intermitente de estresse criou segmentos repetidos de diferentes tipos de células no biofilme circular, os pesquisadores descobriram e é consistente com um mecanismo de ‘relógio e forma de onda’, que só foi visto em organismos altamente evoluídos antes disso.
“Em um biofilme em expansão”, escrevem os pesquisadores, “esse mecanismo de ‘congelamento’ pode ocorrer naturalmente durante o desenvolvimento: as células replicantes na ponta do biofilme crescem, deixando para trás células-filhas que ficam embutidas no biofilme e, portanto, têm menos acesso aos nutrientes. ”
Süel e seus colegas especulam que esse mecanismo de padronização pode ser outra maneira de os biofilmes lidarem com condições imprevisíveis, limitando suas apostas, por assim dizer, “já que nem todos os esporos são formados ao mesmo tempo e na mesma região do biofilme.”
Esta não é a primeira vez, porém, que os cientistas observam comunidades bacterianas que imitam organismos multicelulares, e há, sem dúvida, diferenças marcantes entre os dois, como observam os pesquisadores.
Em 2020, os cientistas mostraram como o crescimento do biofilme reflete o desenvolvimento embrionário, com colônias em expansão seguindo uma sequência bem orquestrada de expressão gênica ao longo de vários meses.
Na época em que esse estudo foi publicado, o geneticista Tomislav Domazet-Loso da Universidade Católica da Croácia disse: “Considerando que os fósseis mais antigos conhecidos são biofilmes bacterianos, é muito provável que a primeira vida também fosse multicelular, e não unicelular criatura considerada até agora. ”
Süel e colegas também apontam que os biofilmes não apresentam limites bem definidos entre os tipos de células da mesma forma que os embriões desenvolvem camadas celulares distintas, portanto, quaisquer semelhanças aparentes são apenas conceituais neste estágio.
Ainda assim, essas observações recentes estão reacendendo algumas grandes questões sobre o que define um organismo multicelular quando organismos unicelulares “simples” parecem estar muito mais avançados do que pensávamos.
“Esse debate será reacendido por este [último] estudo”, disse o biólogo celular da Universidade de Oxford, Tanmay Bharat, ao New Scientist. “Do ponto de vista da biologia celular evolutiva, seria interessante estudar onde estão as diferenças.”
Publicado em 08/01/2022 21h03
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