Uma pesquisa internacional com participa\u00e7\u00e3o brasileira mostrou que bact\u00e9rias id\u00eanticas cultivadas em um mesmo ambiente adotam diferentes estrat\u00e9gias de adapta\u00e7\u00e3o.<\/p>\n
No estudo, uma popula\u00e7\u00e3o da bact\u00e9ria Escherichia coli evoluiu de forma divergente para se adaptar \u00e0s condi\u00e7\u00f5es do mesmo meio. Depois de 37 dias de crescimento cont\u00ednuo, os cientistas isolaram diversos mutantes com diferen\u00e7as importantes em genes regulat\u00f3rios.<\/p>\n
Os resultados do experimento foram publicados na revista Genome Biology and Evolution. Coordenado por cientistas da Universidade de Sydney (Austr\u00e1lia) e da Universidade de S\u00e3o Paulo (USP), o estudo teve tamb\u00e9m participa\u00e7\u00e3o de pesquisadores da Universidade Nankai (China).<\/p>\n
O brasileiro Beny Spira, professor do Departamento de Microbiologia do Instituto de Ci\u00eancias Biom\u00e9dicas (ICB) da USP, realizou seu p\u00f3s-doutorado, com Bolsa da FAPESP, no laborat\u00f3rio de Thomas Ferenci, da Universidade de Sydney. Ambos s\u00e3o coautores do artigo.<\/p>\n
Spira coordena atualmente o projeto \u201cO fator sigma S da RNA polimerase em linhagens de Escherichia coli diarreiog\u00eanicas\u201d, apoiado pela FAPESP na modalidade Aux\u00edlio \u00e0 Pesquisa \u2013 Regular.<\/p>\n
Segundo ele, no experimento de evolu\u00e7\u00e3o realizado com a Escherichia coli foi observado um processo de diverg\u00eancia simp\u00e1tica \u2013 isto \u00e9, em um mesmo ambiente, a partir de um in\u00f3culo inicial geneticamente homog\u00eaneo, uma popula\u00e7\u00e3o de bact\u00e9rias id\u00eanticas evoluiu de forma divergente para melhor se adaptar \u00e0s condi\u00e7\u00f5es do meio.<\/p>\n
\u201cA grande novidade \u00e9 que a evolu\u00e7\u00e3o ocorreu de forma divergente. Em um ambiente constante, sem barreiras f\u00edsicas, observamos estrat\u00e9gias distintas de adapta\u00e7\u00e3o que resultaram em muta\u00e7\u00f5es em diferentes genes regulat\u00f3rios\u201d, disse \u00e0 Ag\u00eancia FAPESP.<\/p>\n
Para o experimento, os autores utilizaram um quimiostato \u2013 uma esp\u00e9cie de biorreator que mant\u00e9m as condi\u00e7\u00f5es da cultura constantes. No equipamento, o meio fresco \u00e9 introduzido continuamente, enquanto o excesso de bact\u00e9rias \u00e9 eliminado tamb\u00e9m de forma cont\u00ednua por meio de um exaustor.<\/p>\n
\u201cNormalmente, as bact\u00e9rias em cultura se multiplicam at\u00e9 saturar o ambiente, mas no quimiostato isso n\u00e3o ocorre, pois a disponibilidade de nutrientes \u00e9 constante e outras caracter\u00edsticas f\u00edsicas, como o pH, tamb\u00e9m. No equipamento, as bact\u00e9rias permanecem sempre em crescimento exponencial e n\u00e3o entram na fase estacion\u00e1ria\u201d, disse Spira.<\/p>\n
Durante todo o experimento, a taxa de crescimento das bact\u00e9rias era de 0,1 por hora \u2013 isto \u00e9, a popula\u00e7\u00e3o de bact\u00e9rias levava cerca de sete horas para dobrar de tamanho, mas se mantinha constante, j\u00e1 que parte dela era continuamente eliminada\u201d, explicou.<\/p>\n
Para impedir a satura\u00e7\u00e3o da cultura de bact\u00e9rias no quimiostato, \u00e9 preciso limitar a quantidade de algum nutriente. No caso, a quantidade de fosfato \u2013 elemento crucial para o crescimento das bact\u00e9rias \u2013 foi limitada.<\/p>\n
\u201cConduzimos o experimento do quimiostato durante 44 dias e, ao longo desse tempo, retiramos amostras a cada dois ou tr\u00eas dias. No 37\u00ba dia retiramos uma amostra a partir da qual cinco col\u00f4nias foram isoladas \u2013 sendo que cada col\u00f4nia representa um clone de uma \u00fanica bact\u00e9ria. Essas col\u00f4nias foram analisadas e testadas em rela\u00e7\u00e3o a v\u00e1rios fen\u00f3tipos, como morfologia da col\u00f4nia, sensibilidade a detergentes e fosfatase alcalina \u2013 uma enzima diretamente induzida quando a bact\u00e9ria tem acesso limitado ao fosfato\u201d, disse.<\/p>\n
A maior parte das bact\u00e9rias tem um complexo de mais de 40 genes que respondem ao est\u00edmulo externo de limita\u00e7\u00e3o de fosfato. \u201cQuando h\u00e1 pouco fosfato no meio, esses genes codificam prote\u00ednas que v\u00e3o auxili\u00e1-las a obter fosfato\u201d, apontou.<\/p>\n
Algumas dessas prote\u00ednas, situadas na membrana da bact\u00e9ria, captam fosfato para o organismo, mesmo que o nutriente esteja em baixa concentra\u00e7\u00e3o no ambiente.<\/p>\n
\u201cEsper\u00e1vamos que a bact\u00e9ria, evoluindo em um ambiente limitado em fosfato por mais de 100 gera\u00e7\u00f5es, acumulasse muta\u00e7\u00f5es que resultariam em um aumento na express\u00e3o de genes relacionados \u00e0 capta\u00e7\u00e3o de fosfato. Mas n\u00e3o esper\u00e1vamos que as bact\u00e9rias adotassem diferentes estrat\u00e9gias, promovendo muta\u00e7\u00f5es em diversos genes regulat\u00f3rios\u201d, afirmou.<\/p>\n
Motor evolutivo<\/strong><\/p>\n As bact\u00e9rias foram ent\u00e3o enviadas para os colaboradores chineses, que fizeram o sequenciamento completo do genoma de todas elas e realizaram um estudo de prote\u00f4mica, a fim de avaliar como a express\u00e3o de prote\u00ednas se diferenciava entre elas.<\/p>\n \u201cO estudo de prote\u00f4mica mostrou que havia, no total, mais de 30 prote\u00ednas cuja express\u00e3o diferia, em cada clone, em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 bact\u00e9ria ancestral. O resultado do sequenciamento foi ainda mais interessante: as col\u00f4nias de bact\u00e9rias sofreram ao todo 12 muta\u00e7\u00f5es diferentes, sendo que tr\u00eas delas se deram em genes regulat\u00f3rios importantes\u201d, disse.<\/p>\n Depois dos 37 dias no quimiostato, as col\u00f4nias de bact\u00e9rias tiveram muta\u00e7\u00f5es nos genes rpoS, hfq e spoT. O gene rpoS codifica para uma prote\u00edna conhecida como fator sigma S. Os fatores sigma \u2013 h\u00e1 sete deles na Escherichia coli \u2013 s\u00e3o respons\u00e1veis pelo reconhecimento dos s\u00edtios promotores dos genes, iniciando o processo de transcri\u00e7\u00e3o. Eles associam-se \u00e0 enzima RNA polimerase para exercer essa fun\u00e7\u00e3o. A RNA polimerase \u00e9 a principal enzima do complexo respons\u00e1vel pela transcri\u00e7\u00e3o do DNA em RNA.<\/p>\n \u201cA liga\u00e7\u00e3o do fator sigma ao cerne da RNA polimerase \u00e9 transit\u00f3ria. Quando a bact\u00e9ria precisa de fosfato, usa o fator sigma 70 para iniciar o processo de transcri\u00e7\u00e3o do gene que codifica a fosfatase alcalina\u201d, explicou.<\/p>\n Segundo o professor do ICB-USP, quase todas as prote\u00ednas s\u00e3o reconhecidas pelo fator sigma 70. Mas um outro fator sigma \u2013 o sigma S ou rpoS \u2013 ganha import\u00e2ncia quando a bact\u00e9ria est\u00e1 em estado de estresse, ou limita\u00e7\u00e3o nutricional. O sigma S reconhece o promotor de genes ligados \u00e0 prote\u00e7\u00e3o da bact\u00e9ria.<\/p>\n \u201cPor um lado, a bact\u00e9ria busca o crescimento e precisa do fator sigma 70. Mas, quando ela come\u00e7a a sofrer uma limita\u00e7\u00e3o nutricional, acumula o sigma S. A bact\u00e9ria sofre um dilema, pois os dois fatores competem entre si. Quando um deles \u00e9 ligado \u00e0 RNA polimerase, o outro \u00e9 desligado e a bact\u00e9ria precisa equilibrar as necessidades de crescimento e prote\u00e7\u00e3o\u201d, disse.<\/p>\n Dos cinco isolados obtidos no experimento, tr\u00eas possu\u00edam muta\u00e7\u00f5es em rpoS. \u201cComo o ambiente tinha limita\u00e7\u00e3o de fosfato, o melhor para a bact\u00e9ria era eliminar o rpoS, pois ao competir com o sigma 70 ele impede que a bact\u00e9ria consiga mais nutrientes\u201d, explicou Spira.<\/p>\n Esse modelo, segundo Spira, \u00e9 conhecido como Autopreserva\u00e7\u00e3o e Compet\u00eancia Nutricional (Spanc, na sigla em ingl\u00eas).<\/p>\n \u201cTrata-se de um motor da evolu\u00e7\u00e3o, j\u00e1 que ele permite acumular muta\u00e7\u00f5es de acordo com a necessidade imposta pelo ambiente. Quando h\u00e1 muito estresse, o organismo acumula muta\u00e7\u00f5es que aumentam a atividade de rpoS; quando h\u00e1 poucos nutrientes, ele perde rpoS\u201d, disse.<\/p>\n Al\u00e9m das tr\u00eas muta\u00e7\u00f5es no gene rpoS nas cinco col\u00f4nias isoladas, os pesquisadores constataram tamb\u00e9m muta\u00e7\u00f5es nos genes hfq e spoT, ambas resultando em uma diminui\u00e7\u00e3o da express\u00e3o de rpoS.<\/p>\n \u201cTodas essas muta\u00e7\u00f5es em genes reguladores tiveram a finalidade de melhorar a capacidade nutricional da bact\u00e9ria, diminuindo a concentra\u00e7\u00e3o de sigma S. Esse desvio no equil\u00edbrio Spanc, no entanto, n\u00e3o \u00e9 gratuito. A bact\u00e9ria teve ganho nutricional, mas teve tamb\u00e9m perda de capacidade de preserva\u00e7\u00e3o, ou seja, de prote\u00e7\u00e3o contra estresses ambientais\u201d, disse.<\/p>\n A grande novidade revelada pelo experimento, segundo Spira, \u00e9 que as tr\u00eas estrat\u00e9gias distintas de muta\u00e7\u00e3o em genes regulat\u00f3rios ocorreram em um ambiente constante sem barreiras f\u00edsicas.<\/p>\n \u201cCom muta\u00e7\u00f5es em genes regulat\u00f3rios, temos uma modifica\u00e7\u00e3o profunda na fisiologia da bact\u00e9ria. Muito possivelmente isso resultaria, a longo prazo, em um processo de diverg\u00eancia evolutiva que poderia, eventualmente, levar ao aparecimento de novas esp\u00e9cies\u201d, disse.<\/p>\n O artigo Divergence Involving Global Regulatory Gene Mutations in an Escherichia coli Population Evolving under Phosphate Limitation, de Beny Spira e outros, pode ser lido por assinantes da Genome Biology and Evolutionem<\/strong><\/a>.<\/p>\n