Perigos ocultos nos solos das "chuvas ácidas
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A chuva ácida resultante da poluição por combustíveis fósseis pode estar a treinar silenciosamente as bactérias do solo para se tornarem mais duradouras, mais transmissíveis e mais mortíferas, de acordo com um novo estudo publicado na revista New Contaminants, que mostra como um famoso agente patogénico de origem alimentar evoluiu rapidamente sob uma deposição ácida simulada.
Há muito que se sabe que a deposição ácida resultante da queima de carvão, petróleo e outros combustíveis fósseis danifica florestas, lagos e culturas, mas o seu impacto nos micróbios causadores de doenças no solo tem sido largamente ignorado. A nova investigação mostra que a chuva ácida pode desestabilizar o microbioma nativo do solo de uma forma que facilita a invasão e a persistência do agente patogénico Escherichia coli O157:H7. Em dados metagenómicos globais do solo de 2 874 locais, a equipa descobriu que a abundância de E. coli atinge o seu pico em solos ligeiramente ácidos com um pH de cerca de 5, apontando a acidificação do solo como uma poderosa pressão ecológica que molda o sucesso deste agente patogénico.
"A poluição não está apenas a stressar os ecossistemas, está também a dar às bactérias perigosas uma oportunidade de se adaptarem, espalharem e se tornarem mais prejudiciais para os seres humanos", disse o autor sénior Peng Cai da Huazhong Agricultural University. "Os nossos resultados sugerem que a deposição ácida pode atuar como um acelerador invisível para a evolução de agentes patogénicos de alto risco".
A deposição ácida alimenta o risco de agentes patogénicos através de uma cascata ecológica e evolutiva associada
Liliang Wang, Yunhao Wang, Yonghui Xing, Chunhui Gao, Yichao Wu, Chenchen Qu, Ke Dai, Ming Zhang, Qiaoyun Huang & Peng Cai
Uma "experiência de evolução" de 150 dias no solo
Para investigar este risco, os investigadores realizaram uma experiência de 150 dias em estufa, utilizando solo florestal da província de Henan, na China, repetidamente tratado com chuva simulada em três níveis de acidez e inoculado com E. coli O157:H7, uma das principais causas de doenças graves de origem alimentar. Embora o número de agentes patogénicos tenha diminuído ao longo do tempo em todos os tratamentos, a chuva ácida abrandou significativamente o desaparecimento, com a chuva ligeiramente ácida a manter até 100 vezes mais bactérias do que a chuva normal em determinados momentos e a deixar populações várias vezes mais elevadas ao fim de cinco meses.
Surpreendentemente, a composição global e a diversidade da comunidade bacteriana nativa mantiveram-se relativamente estáveis, mas a sua rede de interação interna mudou drasticamente. A chuva ácida e a invasão de agentes patogénicos simplificaram a rede e aumentaram as interações negativas, indicando uma intensificação da competição interna que enfraqueceu a "resistência biótica" natural da comunidade aos invasores e abriu espaço ecológico para a persistência da E. coli O157:H7.
De sobrevivente do solo a "super colonizador"
No final da experiência, a equipa isolou várias linhagens de E. coli que evoluíram de forma independente e que se adaptaram ao ambiente de solo com stress ácido. Estas estirpes mostraram uma cor alterada das colónias, uma maior formação de biofilme e alterações na motilidade, bem como mudanças na forma como utilizavam diferentes fontes de carbono. Quando as estirpes evoluídas foram devolvidas ao solo, ultrapassaram o seu antepassado, atingindo abundâncias 6 a 450 vezes superiores ao fim de 60 dias, demonstrando um grande impulso na capacidade de colonização a longo prazo.
As análises fenotípicas revelaram que as linhagens mais bem sucedidas equilibraram a formação moderada de biofilme com um movimento eficiente, em vez de maximizarem uma única caraterística. O biofilme e a motilidade em conjunto explicaram a maior parte da variação na colonização do solo, mostrando como a chuva ácida tinha empurrado o agente patogénico para um "kit de ferramentas de sobrevivência" optimizado para a vida em solos perturbados.
Reestruturação genética profunda sob stress da poluição
O perfil de expressão dos genes mostrou que as estirpes evoluídas activaram um módulo coordenado de funções que governam o movimento, a construção de biofilmes, a comunicação química e a virulência. Os principais reguladores da deteção de quorum e do biofilme situavam-se no centro de uma rede de expressão altamente interligada, estreitamente ligada a genes de motilidade e patogenicidade, indicando uma atualização sistémica e não alterações isoladas.
A sequenciação do genoma completo dos principais colonizadores revelou que esta rápida evolução foi impulsionada, em grande medida, por alterações estruturais do genoma. Linhagens independentes partilhavam uma inversão cromossómica convergente perto de um regulador de resposta a ácidos, enquanto uma estirpe altamente adaptada tinha uma deleção que removia um importante sistema regulador de deteção de stress que se pensava restringir a produção de biofilme, libertando potencialmente as caraterísticas de virulência e colonização a jusante de um controlo apertado.
Ameaças mais fortes à cadeia alimentar e à saúde
Crucialmente, as adaptações ambientais evoluídas traduziram-se diretamente num maior risco ao longo da cadeia alimentar e nos animais. Em experiências em vasos de alface que imitavam a contaminação do solo irrigado, as estirpes evoluídas atingiram níveis até oito vezes mais elevados nas folhas comestíveis, em comparação com a estirpe ancestral, o que indica uma probabilidade muito maior de chegarem aos consumidores em produtos frescos.
Em testes de infeção em ratos, as linhagens adaptadas cresceram até níveis mais elevados no intestino e causaram doenças muito mais graves. A mortalidade aumentou de cerca de 10% em animais expostos à estirpe original para cerca de 50% em algumas estirpes evoluídas, que produziram danos intestinais extensos e lesões para além do intestino. Estes resultados coincidiram com a regulação positiva observada nos genes de virulência, confirmando que a adaptação provocada pela chuva ácida criou não só sobreviventes ambientais mais resistentes, mas também agentes patogénicos mais letais.
Poluição e evolução dos agentes patogénicos: um ciclo de feedback
Em conjunto, os resultados esboçam uma cascata eco-evolutiva em três etapas: a deposição ácida destabiliza as defesas microbianas do solo, esta perturbação favorece a sobrevivência e a rápida evolução dos agentes patogénicos invasores e as estirpes resultantes são melhores a colonizar as culturas e a causar doenças graves. Os autores argumentam que a poluição industrial e a evolução dos agentes patogénicos podem formar um perigoso ciclo de feedback positivo, no qual os factores de stress ambiental treinam involuntariamente "super agentes patogénicos" com um impacto acrescido na saúde pública.
O estudo salienta a necessidade de integrar a evolução microbiana nas avaliações de risco ambiental e de segurança alimentar, especialmente em regiões com deposição ácida contínua e agricultura intensiva. A redução das emissões que provocam as chuvas ácidas, sugerem os investigadores, poderia ajudar a proteger não só os ecossistemas, mas também as populações humanas das ameaças de doenças emergentes, provocadas pela poluição.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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