Em uma descoberta inédita, os cientistas descobriram que uma espécie de bactéria não fotossintética é regulada pelos mesmos ritmos circadianos que controlam tantas outras formas de vida.
Em humanos, nossos ritmos circadianos atuam como uma espécie de relógio biológico em nossas células, controlando virtualmente todos os processos em nossos corpos, influenciando quando dormimos e acordamos, além do funcionamento de nosso metabolismo e processos cognitivos.
Essa cronometragem interna, que gira em torno de um ciclo de 24 horas, é impulsionada por nosso relógio circadiano, e o mesmo fenômeno central também foi observado em muitos outros tipos de organismos, incluindo animais, plantas e fungos.
Por muito tempo, no entanto, não ficou claro se as bactérias em geral também estão sujeitas aos ditames do ritmo circadiano.
O fenômeno foi demonstrado em bactérias fotossintéticas, que usam luz para produzir energia química, mas se outros tipos de bactérias também possuem relógios circadianos é um mistério – até agora.
“Descobrimos pela primeira vez que bactérias não fotossintéticas podem dizer as horas”, explica a cronobióloga Martha Merrow, da Universidade Ludwig Maximilian de Munique.
“Eles adaptam seu funcionamento molecular à hora do dia, lendo os ciclos à luz ou na temperatura ambiente.”
Em um novo estudo, Merrow e outros pesquisadores examinaram Bacillus subtilis, uma bactéria resistente e bem estudada encontrada no solo e no trato gastrointestinal de muitos animais, incluindo humanos.
Embora B. subtilis não seja fotossintético, é sensível à luz graças aos fotorreceptores, e observações anteriores do micróbio deram pistas de que sua atividade gênica e processos de formação de biofilme podem seguir um ciclo diário em resposta a estímulos ambientais, talvez com base nos níveis de luz ou mudanças de temperatura.
Para investigar, os pesquisadores mediram a atividade de expressão do gene da bactéria em culturas expostas à escuridão constante ou a um ciclo diário alternado de 12 horas de luz seguido por 12 horas de escuridão.
No ciclo alternado de luz / escuridão, a expressão de um gene denominado ytvA – que codifica um fotorreceptor de luz azul – aumentou durante a fase escura e diminuiu durante a fase clara, indicativo de processos de arrastamento em um relógio circadiano.
Quando submetido à escuridão constante, o ciclo ainda existia em B. subtilis, embora o período se alongasse, não seguindo estritamente um ciclo de 24 horas sem o sinal de luz para desligar.
Em outro experimento, os pesquisadores experimentaram ciclos de temperatura, que é outra maneira de estimular mudanças no calor entre o dia e a noite.
Novamente, a expressão de ytvA diminuiu e fluiu conforme as temperaturas ciclavam entre 12 horas a 25,5 ° C (77,9 ° F) e 12 horas a 28,5 ° C (83,3 ° F) e, como com a luz, o ciclo persistia em um ciclo livre experimento (não sincronizado com as pistas ambientais), embora com um período mais longo.
Tomando todos os resultados juntos, os pesquisadores concluem que B. subtilis tem um relógio circadiano, exibido por ritmos circadianos de funcionamento livre e entrainment sistemático para sinais ambientais conhecidos como ciclos zeitgeber.
Embora as descobertas digam respeito apenas a uma espécie bacteriana por enquanto, é a primeira vez que esse fenômeno ocorre em qualquer bactéria não fotossintética, o que pode ter vastas implicações para a nossa compreensão das bactérias como um todo: organismos que respondem por cerca de 15 por cento da população matéria viva na Terra.
“Nosso estudo abre portas para investigar os ritmos circadianos em bactérias”, disse o pesquisador de ritmos circadianos Antony Dodd do John Innes Centre, no Reino Unido.
“Agora que estabelecemos que as bactérias não fotossintéticas podem dizer a hora, precisamos descobrir os processos nas bactérias que fazem com que esses ritmos ocorram e entender por que ter um ritmo oferece uma vantagem às bactérias.”
Por enquanto, a equipe especula que os ritmos circadianos podem de alguma forma ser regulados por um sistema de feedback de transcrição-tradução ou podem estar ligados a ciclos metabólicos.
Também não se sabe se uma forma geral de ‘relógio mestre’ pode de alguma forma controlar a cronometragem circadiana de B. subtilis, como foi sugerido em humanos, embora a equipe indique que é uma possibilidade.
“Será informativo investigar se a temperatura e a luz são entradas para um marca-passo mestre, ou se B. subtilis pode ter vários osciladores, conforme descrito para uma variedade de organismos unicelulares e multicelulares”, escrevem os autores em seu artigo.
“Também é possível que B. subtilis possa ter um oscilador mestre ou um ou mais osciladores a jusante que são acoplados e acionados por um marcapasso principal.”
Em qualquer caso, as ramificações de um relógio biológico de 24 horas em bactérias podem ter ramificações enormes – não apenas em termos de compreensão científica da biologia bacteriana, mas também em sua utilização potencial na ciência biomédica, agricultura, indústria e além.
“O Bacillus subtilis é usado em várias aplicações, desde a produção de detergente para a roupa até a proteção de cultivos … [e] probióticos humanos e animais”, diz o bioengenheiro Ákos Kovács, da Universidade Técnica da Dinamarca.
“Assim, a engenharia de um relógio biológico nesta bactéria culminará em diversas áreas biotecnológicas.”
Publicado em 15/01/2021 21h04
Artigo original:
Estudo original: