Uma equipe interdisciplinar de cientistas da Faculdade de Agricultura e da Faculdade de Letras e Ciências da Montana State University publicou recentemente uma pesquisa lançando uma nova luz sobre um elemento até então desconhecido do ciclo do carbono, graças aos dados coletados no Parque Nacional de Yellowstone ao longo de mais de uma década.
Tim McDermott, professor do Departamento de Recursos Terrestres e Ciências Ambientais da MSU, começou a estudar a microbiologia do Lago Yellowstone em 2007. Ao coletar dados para analisar a química do lago e a interação de vários micróbios no lago com as características termais subjacentes do parque, McDermott percebeu que algo parecia errado.
“Nós encontramos alguns compostos químicos de gás de água de lago que não faziam o menor sentido”, disse McDermott. “Estávamos vendo muito metano em lugares que não esperávamos e nos perguntando, ‘o que está acontecendo aqui?'”
Essa discrepância ilustrou o que foi denominado “paradoxo do metano”. Durante anos, os cientistas compreenderam que, quando os microrganismos produzem metano, eles o fazem anaerobicamente, o que significa que não usam oxigênio. Mas nas águas superficiais do lago onde a equipe estava vendo metano, nenhum desses organismos foi encontrado.
O metano é um gás natural composto de átomos de carbono e hidrogênio. É o subproduto de vários processos biológicos, embora as atividades humanas, como a mineração de carvão e o refino de gás natural, também produzam metano. É um gás de efeito estufa conhecido por ser muito mais potente ao reter calor na atmosfera do que o dióxido de carbono, razão pela qual muitos pesquisadores estão interessados em identificar onde na biosfera ele é criado e para onde vai.
Assim começou um esforço colaborativo de anos com John Dore, também do Departamento de Recursos Terrestres e Ciências Ambientais; Brian Bothner e Roland Hatzenpichler, do Departamento de Química e Bioquímica; e Qian Wang, professor assistente de pesquisa no Departamento de Microbiologia e Biologia Celular. O estudo é o assunto de um novo artigo publicado esta semana na revista Proceedings of the National Academy of Science intitulado “Aerobic Bacterial Methane Synthesis.”
Wang liderou o trabalho no Lago Yellowstone durante cinco verões de coleta e análise de dados.
“No início, não percebíamos o que estava acontecendo”, disse ela. “Mas quando fizemos a extração de DNA da água do lago, descobrimos que não conseguimos encontrar os organismos anaeróbicos que geralmente são responsáveis pela presença de metano. Em vez disso, descobrimos que bactérias aeróbias estavam envolvidas, isolando uma bactéria chamada Acidovorax, que então nos permitiu começar a entender esse processo. ”
O grupo de laboratório de Bothner usou equipamento analítico para identificar a presença de metilamina e glicina betaína na água do lago, produtos bioquímicos que a equipe supôs serem a chave no processo de produção de metano. Para testar a teoria, Wang definiu qual gene a bactéria Acidovorax precisava para converter metilamina ou glicina betaína em metano.
“Podemos quebrar isso em uma descoberta básica sobre a conversão de metilamina em metano em condições aeróbias”, disse McDermott. “Cientificamente, isso não deveria estar acontecendo com base em todo o conhecimento que tínhamos. Então, passamos por um processo de eliminação para identificar como e por que isso estava acontecendo e é outro exemplo de descobertas fundamentais feitas a partir da pesquisa de Yellowstone.”
Por meio de uma série de experimentos microbianos e extensa análise da comunidade biológica mais ampla presente nas amostras do lago, Wang identificou um gene conhecido que codifica aspartato aminotransferase, ou AAT, que parecia estar catalisando a síntese de metano.
O próximo passo era ver se a própria enzima AAT era capaz de catalisar a conversão da metilamina em metano. Para fazer isso, Wang isolou o gene, transferiu-o para E. coli, que é comumente usada por microbiologistas e bioquímicos por causa de sua capacidade de expressar genes estranhos; McDermott comparou isso a inserir uma fita cassete em um player.
Uma célula comum de E. coli, explicou Wang, não pode converter metilamina em metano. Mas quando fornecido com o gene AAT, poderia.
“É raro hoje em dia encontrar algo que não possa ser explicado por nosso conhecimento atual da bioquímica”, disse Bothner. “Isso tornou este um projeto interessante e desafiador para trabalhar.”
A magnitude da descoberta não pode ser exagerada, disse Bothner. O fato de a síntese aeróbia de metano poder acontecer é uma mudança sísmica no campo da biogeoquímica. Como o metano é um gás de efeito estufa muito mais potente do que o dióxido de carbono, os cientistas estão interessados em identificar onde na biosfera ele é criado e para onde vai. Este projeto, disse ele, cria um trampolim para pesquisas mais extensas no Parque Nacional de Yellowstone e além.
“Este é um processo fundamentalmente diferente da síntese anaeróbica de metano”, disse McDermott. “Em um sentido ecológico, é lógico pensar que isso está ocorrendo em toda a biosfera, não apenas no Lago Yellowstone. É concebível pensar que está ocorrendo até mesmo nos oceanos e em todo o mundo.”
Publicado em 07/07/2021 19h52
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