Micróbios tratados como especialistas em amônia surpreendem ao comer aminoácidos dentro de esponjas e podem até trocar sinais com o hospedeiro

Durante décadas, algumas arqueias que vivem dentro de esponjas marinhas foram vistas principalmente como especialistas em remover resíduos nitrogenados. Uma pesquisa da Universidade de Viena revelou uma capacidade inesperada: essas arqueias simbióticas também assimilam aminoácidos de cadeia ramificada, usando compostos orgânicos como fontes adicionais de carbono e nitrogênio e possivelmente interferindo até na sinalização celular do hospedeiro.

Como as arqueias simbióticas ajudam uma esponja marinha?

O estudo concentrou-se em Ianthella basta, conhecida como esponja-orelha-de-elefante, encontrada em recifes do Indo-Pacífico e da Grande Barreira de Corais. Dentro de seus tecidos vive Nitrosospongia ianthellae, uma arqueia oxidante de amônia que mantém uma associação íntima com o animal.

Esses microrganismos desempenham uma função importante porque a amônia é um resíduo metabólico potencialmente tóxico. Ao oxidá-la, participam do ciclo do nitrogênio dentro do chamado holobionte, conjunto formado pela esponja e pelos organismos que vivem associados a ela.

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Como os cientistas descobriram que esses micróbios também comiam aminoácidos?

Pistas anteriores vieram dos genomas. Arqueias simbióticas apresentavam genes para transportadores de aminoácidos de cadeia ramificada que não eram esperados em organismos considerados quimiolitoautotróficos estritos. Ainda faltava, porém, demonstrar diretamente que essas moléculas realmente entravam nas células.

Os pesquisadores ofereceram leucina, isoleucina e valina marcadas com isótopos estáveis de carbono e nitrogênio. Depois combinaram microscopia de fluorescência e imageamento químico por NanoSIMS, conseguindo rastrear os elementos marcados até células individuais das arqueias dentro da esponja.

• Leucina;
• Isoleucina;
• Valina;
• Carbono marcado com isótopos estáveis;
• Nitrogênio marcado para rastrear a assimilação.

Este seminário científico aborda adaptações de microrganismos simbiontes presentes no microbioma de esponjas marinhas.

Por que as arqueias simbióticas deixaram de parecer especialistas rígidas?

Arqueias oxidantes de amônia eram tradicionalmente descritas como organismos que obtêm energia oxidando amônia e usam dióxido de carbono para construir biomassa. O novo experimento demonstrou diretamente que as linhagens associadas às esponjas também conseguem incorporar carbono e nitrogênio provenientes de aminoácidos.

Isso as coloca numa estratégia chamada mixotrofia. Em vez de depender exclusivamente de carbono inorgânico, elas conseguem combinar fontes diferentes conforme as condições disponíveis. Análises genômicas indicaram ainda que a capacidade de transportar, degradar e produzir esses aminoácidos aparece amplamente entre linhagens simbióticas semelhantes.

Comer aminoácidos significa que os micróbios realmente conversam com a esponja?

Ainda é uma hipótese. Os experimentos comprovaram a assimilação dos aminoácidos, mas não demonstraram diretamente uma mensagem sendo enviada da arqueia para a célula animal. A ideia de comunicação surge porque leucina, isoleucina e valina também funcionam como moléculas capazes de influenciar importantes vias celulares.

A Universidade de Viena destaca especialmente a possível conexão com a via mTOR, sensível à disponibilidade de leucina. Se os simbiontes alterarem a concentração desses aminoácidos nos tecidos, poderão modificar indiretamente sinais ligados ao crescimento e ao metabolismo do hospedeiro.

O que os experimentos mostraram sobre essa parceria microscópica?

A descoberta muda a interpretação das arqueias de simples agentes de limpeza para participantes metabolicamente mais integrados ao organismo. Ianthella basta é particularmente interessante porque seu microbioma possui poucos simbiontes dominantes, facilitando a identificação das funções exercidas por cada parceiro.

Os pesquisadores também observaram que a esponja é auxotrófica para determinados aminoácidos, ou seja, não consegue produzir sozinha tudo de que necessita. Isso torna biologicamente plausível que o metabolismo dos simbiontes participe do controle das moléculas disponíveis dentro dos tecidos.

Por que as arqueias simbióticas podem mudar a maneira de entender as esponjas?

Esponjas estão entre as linhagens animais mais antigas e mantêm associações profundas com microrganismos. Entender essas relações ajuda a reconstruir como parceiros microbianos passaram de simples habitantes dos tecidos a participantes ativos do metabolismo de animais.

As arqueias simbióticas agora aparecem como organismos capazes de remover resíduos, utilizar nutrientes orgânicos e potencialmente alterar sinais metabólicos do hospedeiro. O próximo passo será demonstrar experimentalmente se mudanças nos aminoácidos produzidas pelos micróbios realmente modificam a via mTOR ou outras respostas fisiológicas da esponja.

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