Tecnologia Científica

Como as águas-vivas e as anêmonas do mar sabem quando (e quando não) picar
Os cientistas analisam a resposta à picada em nível molecular
Por Juan Siliezar - 11/02/2021


A anêmona-do-mar usa células especializadas para detectar mudanças em seu ambiente e disparar uma farpa tóxica para perfurar e envenenar a presa. As células pungentes nos tentáculos usam um canal de íons exclusivo para desencadear o picar em resposta à presa. Christophe Dupre e Keiko Weir

Picar ou não picar? Para as águas-vivas, essa é a questão sempre que seus tentáculos se chocam com qualquer coisa, incluindo milhões de nadadores humanos em todo o mundo.

Stingers são disparados com a velocidade de uma bala disparada. E cada célula especializada responsável por uma resposta só pode ser implantada uma vez, pois se rompem quando usadas e precisam ser cultivadas novamente depois que uma água-viva expele sua farpa revestida de veneno em uma presa desavisada ou em um nadador azarado. Dadas as limitações de seu arsenal, parece que alguma prudência é necessária.

“Para evitar picadas desnecessárias [inclusive de si mesma], deve haver algum tipo de sinal que permita que a célula atire no momento certo”, disse Nicholas Bellono , professor assistente de biologia molecular e celular na Faculdade de Artes e Ciências . Como esse gatilho agudo e sistema de proteção funcionam em nível molecular em águas-vivas e anêmonas do mar é um mistério para os cientistas. Pelo menos, foi até que uma equipe de pesquisadores do laboratório de Bellono resolvesse.

Eles identificaram como as células urticantes, chamadas nematócitos, que são encontradas ao longo dos tentáculos de anêmonas-do-mar e águas-vivas - ambos os tipos de cnidária - detectam e filtram diversos sinais do ambiente para controlar quando (e quando não) picar.

Os pesquisadores descobriram que as células nematócitas da anêmona-do-mar estrela, um parente da água-viva, têm uma corrente elétrica incomum de cálcio que é crítica para iniciar a resposta à picada, mas que o canal iônico que controla essa corrente só abre em condições muito específicas: uma combinação de estímulos mecânicos de um tentáculo em contato com uma presa ou predador, como um puxão, e a presença de certos sinais químicos, como os de uma presa ou predador.

Durante todos os outros momentos, esses canais de cálcio ficam inativos e tornam a célula dormente até que o sinal correto se aproxime.

“Nossa hipótese é que, primeiro, a anêmona do mar detecta substâncias químicas de sua presa usando células quimiossensoriais”, disse Keiko Weir, pesquisadora graduada que liderou o projeto. “Essas células quimiossensoriais então retransmitem essas informações para os nematócitos usando acetilcolina [um produto químico orgânico que atua como neurotransmissor]. A acetilcolina alivia a inativação desses canais de cálcio. Isso funciona para preparar o nematócito para dizer, 'Há comida por perto.' Então, uma vez que o nematócito recebe uma pista mecânica, como o tentáculo em contato com a presa, isso leva à abertura dos canais de cálcio, resultando em um grande influxo de cálcio e a descarga do nematócito. ”

Estudos anteriores já haviam demonstrado que apenas a combinação certa de sinais aciona os nematócitos para disparar, mas o processo molecular era desconhecido. As descobertas reúnem tudo e destacam como a natureza desenvolveu continuamente sistemas elegantes, mas simples, para lidar com problemas complexos que exigem tomadas de decisão ultrarrápidas.

“Os princípios básicos de qualquer sistema biológico é que você tem células que precisam receber sugestões de seus arredores - seja de outras células ou diretamente do ambiente - e traduzir essa informação em uma resposta apropriada”, disse Weir.

O que faz esse sistema se destacar em particular é que a palavra final sobre a picada ou não é do nematócito.

“É um ótimo exemplo de quando uma única célula deve integrar adequadamente os sinais corretos para tomar uma decisão correta (e extrema)”, disse Bellono. “Estamos sempre pensando em questões de nível de sistema em que o cérebro faz cálculos complexos usando vários componentes de um circuito, mas este estudo ajuda a demonstrar que cada proteína e cada célula é crítica para esse processamento porque se resume a uma molécula tendo apenas as propriedades certas para se adequar ao seu contexto celular e orgânico ”.

Junto com Weir e Bellono, outros co-autores incluem Christophe Dupre, um pós-doutorado do Laboratório de Engert and Lichtman; Lena van Giesen, pós-doutoranda no laboratório de Bellono; e Amy Lee , professora assistente da Harvard Medical School. O estudo foi publicado na eLife em maio.

A equipe usou uma variedade de técnicas, incluindo fisiologia, comportamento e microscopia eletrônica, que lhes permitiu seguir meticulosamente os processos elétricos e químicos que levaram à resposta aguda.

Quanto ao motivo pelo qual a água-viva pica cerca de 150 milhões de pessoas a cada ano quando os humanos não são sua presa, a melhor resposta ainda é provavelmente uma resposta de defesa. Mas também pode estar em nossa composição química.

“Isso remete ao que os produtos químicos são detectados”, disse Bellono. “O animal está adaptado para sentir de maneira muito ampla alguma substância química generalizada que está presente em muitos animais como nós, embora não sejamos presas? Existem exemplos de anêmonas do mar que usam nematócitos específicos para predação e outros para defesa. Existem outros animais que podem usar produtos químicos para evitar picadas, como o peixe-palhaço. Talvez esses nematócitos estejam sintonizados para entradas químicas específicas. ”

Esta pesquisa foi apoiada pela New York Stem Cell Foundation, o Searle Scholars Program, a Sloan Foundation, a Klingenstein-Simons Fellowship, os National Institutes of Health e a Swiss National Science Foundation.

 

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