Na busca por novos candidatos a medicamentos
O potencial oculto nos genomas das bactérias das turfeiras
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Muitos dos nossos medicamentos mais importantes — especialmente os antibióticos — têm origem em substâncias produzidas pelas bactérias na natureza. As bactérias utilizam estas moléculas como armas bioquímicas contra os seus concorrentes ou para captar nutrientes do ambiente que as rodeia. Um novo estudo revela a dimensão deste conjunto de ferramentas microbianas em habitats adversos. A equipa de investigação reuniu cientistas do Cluster de Excelência «Balance of the Microverse» da Universidade de Jena, da Universidade Heinrich Heine de Düsseldorf, da Universidade de Delaware e do Centro Alemão de Investigação Integrativa sobre Biodiversidade (iDiv) de Halle-Jena-Leipzig. Em conjunto, analisaram mais detalhadamente o material genético das bactérias das turfeiras.
Mais de 8 000 planos genéticos inexplorados
Para a sua análise, os investigadores examinaram amostras de turfa do pântano de Schlöppnerbrunnen, nas montanhas Fichtelgebirge, na Baviera. Recorrendo ao sequenciamento de alto rendimento e à metagenómica, analisaram o material genético da comunidade microbiana local e identificaram quase 9 700 clusters de genes biossintéticos — secções de ADN que contêm instruções para a produção de compostos biologicamente ativos.
Mesmo depois de a equipa ter filtrado os fragmentos genéticos incompletos, permaneceram mais de 8 000 clusters genéticos fiáveis. Notavelmente, cerca de 97 por cento não puderam ser atribuídos a nenhuma família de clusters genéticos previamente conhecida nas bases de dados globais. Representam, portanto, um panorama bioquímico em grande parte inexplorado.
«Mesmo uma pequena turfeira abriga uma diversidade surpreendente de modelos para produtos naturais. Muitos provêm de microrganismos que ainda são difíceis de estudar em laboratório», explica o primeiro autor, Zander Human, da Universidade de Jena.
Ter um plano não significa utilizá-lo
Um plano no ADN de uma bactéria não significa automaticamente que a substância correspondente seja produzida na natureza. Por isso, a equipa foi um passo além e mediu o ARN mensageiro (ARNm) para avaliar quais os genes que estavam a ser ativamente utilizados na turfeira.
Os resultados desafiam as suposições existentes: apenas cerca de 9 a 27 por cento dos agrupamentos de genes examinados estavam ativos no seu ambiente natural. Alguns grupos bacterianos com um potencial genético particularmente extenso — por vezes portadores de mais de 20 modelos diferentes nos seus genomas — permaneceram em grande parte inativos na turfeira.
Em contrapartida, as bactérias conhecidas como Acidobacteriota revelaram-se as mais ativas. Embora os seus repertórios genéticos fossem comparativamente modestos, representavam cerca de dois terços dos sinais medidos provenientes de genes de produtos naturais. Os dados revelaram também um padrão claro: a atividade destes genes nas Acidobacteriota era particularmente elevada em simultâneo com a atividade de genes responsáveis por enzimas que decompõem material vegetal complexo. A biossíntese de produtos naturais nestas bactérias parece, portanto, estar intimamente ligada à forma como obtêm nutrientes.
«O número de planos de construção, por si só, pouco nos diz sobre o que um microrganismo faz realmente no seu habitat. Também precisamos de compreender as condições em que ativa estes genes», salienta o coautor, o Dr. Carl-Eric Wegner, das universidades de Jena e Düsseldorf.
Compreender o equilíbrio microbiano nas turfeiras
As descobertas estão em estreita sintonia com o foco de investigação do Cluster de Excelência «Balance of the Microverse», que estuda como as comunidades microbianas interagem e mantêm o equilíbrio no seio de ecossistemas complexos.
«As turfeiras são habitats dinâmicos com gradientes ambientais acentuados, por exemplo, nos níveis de oxigénio e na disponibilidade de nutrientes. O nosso estudo mostra claramente que a biossíntese de produtos naturais não ocorre de forma isolada, mas está intimamente integrada no papel dos microrganismos nos ciclos biogeoquímicos em sistemas complexos», explica a professora Kirsten Küsel, coautora do estudo e porta-voz do Cluster de Excelência.
Uma nova perspetiva para a investigação farmacêutica
O estudo oferece uma perspetiva importante para a procura de futuros medicamentos: a triagem de genomas com o maior número de planos de construção é insuficiente. O que importa é o contexto ecológico em que os microrganismos realmente utilizam o seu conjunto de ferramentas genéticas. Grupos anteriormente ignorados, como os Acidobacteriota, estão, por isso, a suscitar um interesse crescente na investigação de produtos naturais.
Novos rumos para a descoberta de futuros medicamentos
As descobertas têm implicações de longo alcance para a biotecnologia farmacêutica e para a procura direcionada de novos candidatos a medicamentos. A investigação de produtos naturais tem-se centrado tradicionalmente na triagem de genomas em grupos bacterianos bem conhecidos, como as actinobactérias e as pseudomonas, que albergam extensas bibliotecas de genes biossintéticos.
No entanto, como demonstra o presente estudo, estes produtores aparentemente dotados podem permanecer em grande parte inativos no seu ambiente natural. Isto sugere uma mudança de abordagem: para ativar os clusters de genes inativos em laboratório, os investigadores precisam de recriar estímulos ecológicos específicos dos habitats naturais dos organismos — por exemplo, fornecendo fibras vegetais complexas ou sinais nutricionais específicos.
Grupos anteriormente ignorados e difíceis de cultivar em laboratório, como as Acidobacteriota, estão também a passar para o centro das atenções. O seu estudo sistemático poderá proporcionar acesso a classes de moléculas inteiramente novas, oferecendo potencialmente vias futuras para combater a resistência aos antimicrobianos ou doenças inflamatórias graves.
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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