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Bactéria gigante porta milhares de genomas
Heidi Ledford
Parece um caso extremo de exagero genético: foi
encontrada uma bactéria unicelular que abriga dezenas de
milhares de cópias de seu genoma. A descoberta
estabelece um recorde em termos de número de genomas por
célula, mas também propõe uma questão evidente: qual
poderia ser a vantagem de armazenar cerca de 20 mil
cópias do próprio genoma?
O número de cópias do genoma em cada célula varia de
espécie a espécie. Muitas bactérias têm apenas uma
cópia; a maioria das células do corpo humano contém
duas. As plantas são notórias pela promiscuidade
genética, apanhando genes adicionais e os perdendo de
novo em um ciclo que pode ocorrer repetidamente ao longo
da história evolutiva de uma planta.
"Você pode pensar que, como mapa esquemático da vida, o
genoma deveria ser muito estável em termos de tamanho",
diz Sally Otto, uma bióloga evolutiva da Universidade da
Colúmbia Britânica, no Canadá. "Assim, é realmente
notável que organismos variem tão amplamente em termos
do número de cópias do genoma que portam".
Até agora, o recorde em termos de cópias do genoma em
uma bactéria era detido pela Buchnera aphidicola, que é
encontrado em afídios (pulgões) e portava em média 120
cópias do genoma. Mas Esther Angert, da Universidade
Cornell, em Ithaca, Nova York, e seus colegas agora
reportam, em artigo publicado pela Proceedings of the
National Academy of Sciences, que a bactéria
Epulopiscium, um organismo gigantesco que vive nos
intestinos dos peixes-unicórnio, contém até 200 mil
cópias de seu genoma.
A vida em larga escala
Angert ouviu falar pela falar na Epulopiscium pela
primeira vez quando estava fazendo sua pós-graduação,
durante um período de trabalho no laboratório de Norman
Pace, na Universidade de Indiana em Bloomington. Ela
perguntou se podia ficar mais tempo no laboratório para
estudar o líquen, mas Pace tirou uma amostra de
Epulopiscium do refrigerador e sugeriu que ela
trabalhasse com a bactéria. Angert observou o organismo
pela primeira vez no microscópio e imediatamente se
deixou convencer. "São belos organismos", ela disse.
"Muito elegantes".
Não demorou para que ela começasse a recolher tripas de
peixes-unicórnio a fim de analisar as seqüências de ADN
da Epulopiscium. Naquele momento, a gigantesca
Epulopiscium, com seu casaco flagelar felpudo e o que
pareciam ser estruturas internas afixadas à membrana,
era classificada como um "protesto": uma categoria mal
definida povoada por eucariotes que não se enquadram a
categorias definidas com mais precisão. A análise de
Angert enquadrava as Epulopiscium ao grupo das
bactérias. As estruturas internas, como constatou a
pesquisa, eram descendentes começando a crescer ainda no
interior dos organismos progenitores.
A Epulopiscium pode ter comprimento de até 600
micrômetros - muito maior que a maioria das demais
bactérias. Em formato de cigarro e apresentando
coloração amarronzada, a olho nu ela parece um pequeno
fiapo. A Escherichia coli, uma conhecida bactéria que
coloniza os intestinos humanos, tem, para comparação,
cerca de um micrômetro de comprimento. "Seria possível
abrigar um milhão de células de E.coli em uma única
Epulopiscium", diz Angert.
Para as bactérias, gigantismo em geral é desvantagem,
porque elas não dispõem dos sistemas avançados de
ingestão de nutrientes característicos das células
eucarióticas. Em lugar disso, as bactérias colhem
nutrientes por simples difusão através da membrana
celular. Porque uma bactéria maior terá uma proporção
menor de área de superfície com relação ao volume da
célula, o ritmo de absorção de nutrientes que atinge
pode ser insuficiente para mantê-la viva. As grandes
células bacterianas simplesmente morreriam de fome.
O Jardim do Éden intestinal
Mas ser grande tem suas vantagens, especialmente o fato
de que isso ajuda a prevenir a ação de predadores. A
Epulopiscium é grande demais para servir de presa a
outros micróbios. Angert diz que ela só viu um micróbio
capaz de realizar a façanha: o cilióforo Balantidium
jocularum. "Eles realmente precisam se distender para
que uma bactéria como essa caiba em suas 'bocas', mas
conseguem fazê-lo", ela diz.
Angert suspeita que a extravagante coleção de genomas da
Epulopiscium seja uma maneira de desfrutar dos
benefícios do tamanho evitando o risco da fome. A
hipótese dela é a de que os genomas se posicionam logo
sob a membrana da célula. O arranjo significa que a
célula pode responder aos nutrientes e outras moléculas
ambientais sem esperar que elas se difundam pela célula.
"Caso você espere que um sinal ambiental chegue a você
apenas por difusão, a demora seria longa", diz Angert.
"O método seria pouco confiável. Mas a forma encontrada
pela Epulopiscium permite que a célula cresça sem que a
difusão limite seu volume".
Ter tantos genomas também acelera o ritmo de produção de
ARN e proteínas, uma hipótese defendida pelo
microbiologista Hank Siefert, da Universidade
Northwestern, em Chicago, que diz que um sistema como
esse ajudaria a bactéria gigante a funcionar de maneira
suave.
Mas e quanto a outras bactérias de grande porte? A
Epulopiscium não é a maior bactéria conhecida: a
Thiomargarita namibiensis chega a 800 micrômetros de
comprimento. Ninguém computou o número de genomas em
suas células, até o momento, mas a bactéria contém uma
grande estrutura central conhecida como vacúolo, que
fica cheia de fluido. O vacúolo ocupa 98% do volume da
célula da Thiomargarita namibiensis, e empurra as partes
metabolicamente ativas da célula para perto da membrana.
Na Epulopiscium, por outro lado, o conteúdo central da
célula também é ativo, e requereria suprimento de
nutrientes e proteínas.
É preciso um investimento significativo de energia para
manter todos esses genomas, mas o ambiente propício dos
intestinos de um peixe-unicórnio pode facilitar o
escambo, diz Seifert.
Tradução: Paulo Eduardo Migliacci ME
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