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Pesquisadores usam nova ferramenta para estudar o estresse em bactérias que colonizam raízes
A chave para este estudo é entender que as bactérias nem sempre são ruins.
Por Utah State University - 24/02/2021


Pesquisadores de engenharia biológica no estado de Utah estão tentando entender como podem alavancar os benefícios do microbioma de uma planta em face de condições agrícolas adversas. Crédito: Matt Jensen

Uma solução para os muitos desafios da agricultura - secas induzidas pelas mudanças climáticas, menos terras aráveis ​​e diminuição da qualidade da água, para citar alguns - é desenvolver fertilizantes mais inteligentes. Esses fertilizantes teriam como objetivo não apenas nutrir a planta, mas também maximizar os efeitos positivos das bactérias do solo na planta. Explorar o microbioma de uma planta pode ser a camada extra de defesa que as safras precisam para prosperar.

Em seu estudo publicado em 4 de dezembro na Nature Scientific Reports , pesquisadores da Utah State University analisaram os efeitos de dois estressores abióticos em Pseudomonas chlororaphis O6 (PcO6), uma bactéria nativa das raízes do trigo de sequeiro no norte de Utah. Eles descobriram que o estresse pode causar alterações de composição nas estruturas extracelulares da bactéria, chamadas de vesículas da membrana externa, ou OMVs. Os cientistas sabem há muito tempo que as células bacterianas liberam OMVs, mas este estudo pergunta quais fatores promovem sua liberação e como a miríade de funções dessas estruturas pode ser alavancada para o benefício da cultura.

A chave para este estudo é entender que as bactérias nem sempre são ruins.

“Há muito mais ênfase no que é chamado de 'revolução do microbioma', você sabe, o fato de você carregar dois quilos de bactérias em seu corpo agora, e isso não é de todo ruim; na verdade, é principalmente bom”, disse David Britt, professor titular de engenharia biológica no estado de Utah. "As plantas também têm um microbioma, ou 'segundo genoma', e é muito importante tentar entender como esse microbioma interage com o meio ambiente e com seu hospedeiro".

Também a chave para este estudo é entender que o estresse pode ser bom. A bactéria aqui estudada, por exemplo, protege o trigo da seca, formando uma película ao redor de suas raízes. Mas, com a introdução de pequenas partículas de micronutrientes, esses benefícios poderiam ser fortalecidos.

"Um pouco de estresse é necessário", disse Britt. "Você pode realmente preparar todo o sistema para melhorar sob a seca."

Igualmente importantes para os resultados são o instrumento e os algoritmos usados ​​no estudo. Esta é a primeira vez que os pesquisadores usaram a espectroscopia Raman para estudar OMVs de bactérias que colonizam raízes. "Poderíamos ter feito muitos ensaios caros para descobrir todas essas coisas diferentes que estávamos interessados ​​em examinar", disse Elizabeth Vargis, professora associada de engenharia biológica da USU.

Em vez disso, explicou Vargis, o uso da espectroscopia Raman juntamente com um algoritmo de aprendizado de máquina permitiu-lhes identificar o tipo de estresse que as bactérias estavam experimentando ao liberar esses OMVs e as mudanças composicionais dependentes de estresse neles. Essas mudanças observadas têm implicações para a comunicação célula-célula e comunicação bactéria-planta, que são essenciais para uma melhor compreensão do microbioma.

O estudo foi apoiado em parte pela National Science Foundation, a Utah State University Agriculture Experiment Station e o USDA National Institute of Food and Agriculture, mas suas implicações vão além da agricultura. A espectroscopia Raman suportada pelos algoritmos de aprendizado de máquina é uma ferramenta poderosa que pode ser usada em qualquer estudo biológico. "Uma célula cancerosa em seu corpo irá liberar vesículas extracelulares antes que possamos detectar o câncer por meio de outros métodos", disse Britt. "Esta é uma técnica muito sensível."

 

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