Tecnologia Científica

Vivendo sob pressão: lições do berço da vida
Um artigo recente publicado no BioRxiv analisa os genomas de sete cepas de Colwellia para descobrir exatamente como a vida se adapta à alta pressão .
Por John Hewitt - 20/03/2020

Crédito: JPL / NASA

As fontes hidrotermais alcalinas do fundo do mar foram teorizadas como um local onde a vida poderia ter se originado. A temperatura elevada, o pH alcalino e a ação exclusiva da ventilação concentram os minerais e criam gradientes energéticos locais que podem promover reações metabólicas primitivas. Embora às vezes negligenciadas, as pressões hidrostáticas extremas encontradas nos respiradouros do fundo do mar também podem facilitar vários tipos de montagem molecular que, de outra forma, não ocorreriam espontaneamente ao nível do mar.

Hoje, existem muitos organismos complexos que persistiram, ou de outro modo habitaram o mar profundo através de várias adaptações metabólicas e fisiológicas. Entre os mais extremos estão os procariontes 'piezofílicos' ou amantes da pressão da família Colwellia. Esses organismos podem ser encontrados nas trincheiras mais profundas, a 11.000 metros abaixo da superfície, onde as pressões atingem 110 megapascal (a pressão atmosférica é de 0,1 MPa). Um artigo recente publicado no BioRxiv analisa os genomas de sete cepas de Colwellia para descobrir exatamente como a vida se adapta à alta pressão .

O que eles descobriram foi que as cepas mais piezofílicas de Colwellia tinham níveis muito mais altos de aminoácidos básicos e hidrofóbicos em seu proteoma. Isso provavelmente estabilizaria e limitaria a intrusão de água nas proteínas sob pressão. O grupo piezofílico também possuía mais genes para proteínas de replicação, recombinação e reparo, além de motilidade celular e biogênese da parede e membrana celular. Mais especificamente, eles tinham uma porcentagem mais alta de ácidos graxos insaturados e formas variantes de colesterol que são cruciais para ajustar e manter a fluidez da membrana sob alta pressão.

Curiosamente, muitos desses genes foram encontrados exclusivamente em regiões altamente variáveis ​​conhecidas como ilhas genômicas, indicando que essas adaptações provavelmente foram facilitadas pela transferência horizontal de genes através de transposases ou outros elementos móveis. Uma peculiaridade encontrada nessas regiões variáveis ​​é a abundância dos sistemas genéticos toxina-antitoxina rapidamente modificados, que também são encontrados em muitas bactérias. Outra observação foi que o grupo piezofílico não possuía TMAO redutase, a enzima que reduz o TMAO ao TMA. Isso foi atribuído a uma necessidade preferencial do TMAO como um 'piezólito' em vez de seu uso alternativo como um aceitador de elétrons .

Ao examinar mais de perto a energia e a respiração, os autores identificaram um agrupamento adicional de genes NADH ubiquinona oxidoredutase 'nuo' em piezófilos. Essa desidrogenase exclusiva da NADH transloca quatro prótons por dois elétrons e pode ajudar na aquisição de energia sob alta pressão. Curiosamente, observa-se que a bactéria shewanella - hoje famosa por seu transporte eclético de elétrons dependente de rotação através de circuitos de elétrons multi-heme - tem muitas semelhanças com Colwellia. Estes incluem não apenas o mesmo tipo de oxidoredutase de NADH mencionado acima, mas também sistemas genéticos semelhantes de toxina hipercariável-antitoxina.

 

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