#102 'Borgs' que comem metano estão assimilando os micróbios da Terra 20/10/22

Em Star Trek, os Borg são um coletivo implacável e de mente coletiva que assimila outros seres com a intenção de dominar a galáxia. Aqui no planeta não-ficcional Terra, Borgs são pacotes de DNA que podem ajudar os humanos a combater as mudanças climáticas.

No ano passado, uma equipe liderada por Jill Banfield descobriu estruturas de DNA dentro de um micróbio consumidor de metano chamado Methanoperedens que parecem sobrecarregar a taxa metabólica do organismo. Eles chamaram os elementos genéticos de “Borgs” porque o DNA dentro deles contém genes assimilados de muitos organismos. Em um estudo publicado hoje na Nature , os pesquisadores descrevem a curiosa coleção de genes dentro de Borgs e começam a investigar o papel que esses pacotes de DNA desempenham em processos ambientais, como a ciclagem de carbono.

Os metanoperedens são um tipo de arqueas (organismos unicelulares que se assemelham a bactérias, mas representam um ramo distinto da vida) que decompõem o metano nos solos, águas subterrâneas e na atmosfera para apoiar o metabolismo celular. Metanoperedense outros micróbios consumidores de metano vivem em diversos ecossistemas ao redor do mundo, mas acredita-se que sejam menos comuns do que micróbios que usam fotossíntese, oxigênio ou fermentação para obter energia. No entanto, eles desempenham um papel descomunal nos processos do sistema terrestre, removendo o metano – o gás de efeito estufa mais potente – da atmosfera. O metano retém 30 vezes mais calor do que o dióxido de carbono e estima-se que seja responsável por cerca de 30% do aquecimento global causado pelo homem. O gás é emitido naturalmente por processos geológicos e por arqueas geradoras de metano; no entanto, os processos industriais estão liberando metano armazenado de volta à atmosfera em quantidades preocupantes.

Banfield, é professora na Universidade de Berkeley, estuda como as atividades microbianas moldam os processos ambientais em larga escala e como, as flutuações ambientais alteraram os microbiomas do planeta. Como parte desse trabalho, ela e seus colegas coletam amostras regularmente de micróbios em diferentes habitats para ver quais genes interessantes os micróbios estão usando para sobreviver e como esses genes podem afetar os ciclos globais de elementos-chave, como carbono, nitrogênio e enxofre. A equipe analisa os genomas dentro das células, bem como os pacotes portáteis de DNA conhecidos como elementos extracromossômicos, ou ECE sigla em inglês, são responsáveis por transferirem genes entre bactérias, arqueas e vírus.

Enquanto estudavam Metanoperedens amostrados do solo sazonal de piscinas úmidas na Califórnia, os cientistas encontraram evidências de um tipo totalmente novo de ECE.

Ao contrário das fitas circulares de DNA que compõem a maioria dos plasmídeos, o tipo mais conhecido de elemento extracromossômico, os novos ECEs são lineares e muito longos – até um terço do comprimento de todo o genoma de Methanoperedens. Depois de analisar amostras adicionais de solo subterrâneo, aquíferos e leitos de rios na Califórnia e no Colorado que contêm arqueas consumidoras de metano, a equipe descobriu um total de 19 ECEs distintos que apelidaram de Borgs.

Usando ferramentas avançadas de análise do genoma, os cientistas determinaram que muitas das sequências dentro dos Borgs são semelhantes aos genes metabolizadores de metano dentro dos Methanoperedens. Alguns dos Borgs até codificam toda a maquinaria celular necessária para comer metano por conta própria, desde que estejam dentro de uma célula que possa expressar os genes.

“Imagine uma única célula que tenha a capacidade de consumir metano. Agora você adiciona elementos genéticos dentro dessa célula que podem consumir metano em paralelo e também adiciona elementos genéticos que dão à célula maior capacidade. Basicamente, cria uma condição para o consumo de metano em esteróides, se você preferir”, explicou o coautor Kenneth Williams, cientista sênior e colega de Banfield na Área de Ciências da Terra e Ambientais do Berkeley Lab.

Banfield e seus colegas, levantam a hipótese de que os Borgs podem ser fragmentos residuais de micróbios inteiros que foram engolidos por Methanoperedens para ajudar no metabolismo, semelhante a como as células vegetais aproveitadas anteriormente livres - micróbios fotossintéticos vivos para ganhar o que agora chamamos de cloroplastos, e como uma antiga célula eucariótica consumiu os ancestrais das mitocôndrias de hoje.

Com base nas semelhanças nas sequências, a célula engolida pode ter sido um parente de Methanoperedens , mas a diversidade geral de genes encontrados nos Borgs indica que esses pacotes de DNA foram assimilados de uma ampla gama de organismos.

Não importa a origem, está claro que os Borgs existem ao lado dessas archaea, transportando genes de um lado para o outro, há muito tempo.