Nos últimos anos, pesquisas do laboratório do biólogo da Universidade da Califórnia em San Diego, Gürol Süel, descobriram uma série de características notáveis exibidas por aglomerados de bactérias que vivem juntas em comunidades conhecidas como biofilmes.
Os biofilmes são predominantes no mundo vivo, habitando canos de esgoto, balcões de cozinha e até mesmo a superfície de nossos dentes. Um estudo de pesquisa anterior demonstrou que esses biofilmes empregam sistemas sofisticados para se comunicar uns com os outros, enquanto outros biofilmes provados têm uma capacidade robusta de memória.
O laboratório de Süel, junto com pesquisadores da Universidade de Stanford e da Universitat Pompeu Fabra, em Espanha, descobriu agora uma característica dos biofilmes que revelam essas comunidades muito mais avançadas do que se acreditava anteriormente. A estudante de graduação em Ciências Biológicas Kwang-Tao Chou, a ex-estudante de graduação em Ciências Biológicas Daisy Lee, Süel e seus colegas descobriram que as células do biofilme são organizadas em padrões elaborados, uma característica que anteriormente só havia sido associada a organismos de nível superior, como plantas e animais. As descobertas, que descrevem o culminar de oito anos de pesquisa, foram publicadas em 6 de janeiro na revista Cell .
“Estamos vendo que os biofilmes são muito mais sofisticados do que pensávamos”, disse Süel, professor da UC San Diego na Seção de Biologia Molecular da Divisão de Ciências Biológicas, com afiliações no San Diego Center for Systems Biology, BioCircuits Institute and Center para a Inovação do Microbioma. “De uma perspectiva biológica, nossos resultados sugerem que o conceito de padronização celular durante o desenvolvimento é muito mais antigo do que se pensava anteriormente. Aparentemente, a capacidade das células de se segmentar no espaço e no tempo não surgiu apenas com plantas e vertebrados, mas pode voltar atrás mais de um bilião de anos.”
As comunidades de biofilmes são compostas por células de diferentes tipos. Os cientistas anteriormente não pensavam que essas células díspares pudessem ser organizadas em padrões complexos regulados. Para o novo estudo, os cientistas desenvolveram experimentos e um modelo matemático que revelou a base genética para um mecanismo de “relógio e frente de onda”, anteriormente visto apenas em organismos altamente evoluídos, desde plantas a moscas da fruta e humanos. À medida que o biofilme se expande e consome nutrientes, uma “onda” de depleção de nutrientes se move através das células dentro da comunidade bacteriana e congela um relógio molecular dentro de cada célula num horário e posição específicos, criando um intrincado padrão composto de segmentos repetidos de diferentes tipos de células.
O avanço para os pesquisadores foi a capacidade de identificar o circuito genético subjacente à capacidade do biofilme de gerar os aneis concêntricos de toda a comunidade de biofilme de padrões de expressão génica. Os pesquisadores foram capazes de modelar previsões mostrando que os biofilmes podem gerar muitos segmentos inerentemente.
“Nossa descoberta demonstra que os biofilmes bacterianos empregam um mecanismo de padronização de desenvolvimento até então considerado exclusivo de vertebrados e sistemas vegetais”, observam os autores no artigo da Cell .
As descobertas do estudo oferecem implicações para uma infinidade de áreas de pesquisa. Como os biofilmes são difundidos em nossas vidas, eles são de interesse em aplicações que vão desde a medicina até a indústria alimentícia e até mesmo militar. Biofilmes como sistemas com a capacidade de testar como sistemas celulares simples podem se organizar em padrões complexos podem ser úteis na biologia do desenvolvimento para investigar aspectos específicos do mecanismo de relógio e forma de onda que funciona em vertebrados, como um exemplo.
“Podemos ver que as comunidades bacterianas não são apenas aglomerados de células”, disse Süel, que prevê colaborações de pesquisa oferecendo bactérias como novos paradigmas para estudar padrões de desenvolvimento. “Ter um sistema bacteriano nos permite fornecer algumas respostas que são difíceis de obter em sistemas de vertebrados e plantas porque as bactérias oferecem sistemas mais acessíveis experimentalmente que podem fornecer novos insights para o campo de desenvolvimento”.
Os coautores do artigo incluem: Kwang-Tao Chou (estudante de pós-graduação da UC San Diego), Dong-yeon Lee (ex-estudante de pós-graduação da UC San Diego, agora um bolsista de pós-doutorado na Universidade de Stanford), Jian-geng Chiou (estudioso de pós-doutorado da UC San Diego) , Leticia Galera-Laporta (pós-doutorado da UC San Diego), San Ly (ex-pesquisador da UC San Diego), Jordi Garcia-Ojalvo (Professor da Universitat Pompeu Fabra) e Gürol Süel (Professor da UC San Diego).
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade da Califórnia – San Diego . Original escrito por Mario Aguilera. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
Referência do jornal :
- Kwang-Tao Chou, Dong-yeon D. Lee, Jian-geng Chiou, Leticia Galera-Laporta, San Ly, Jordi Garcia-Ojalvo, Gürol M. Süel. Um relógio de segmentação padroniza a diferenciação celular em um biofilme bacteriano . Célula , 2022; 185 (1): 145 DOI: 10.1016/j.cell.2021.12.001