Prochlorococcus – A adaptação Evolutiva

A partir de uma enorme biblioteca de dados genéticos compilados a partir de investigadores de todo o mundo, foi possível criar um modelo de supercomputador que permitiu descobrir as inúmeras alterações que o mais abundante microorganismo do mundo tem efetuado no seu metabolismo, de forma a reduzir a sua dependência do fósforo, elemento cada vez mais escasso nos oceanos.

Créditos imagem: Tara Clemente, UH SOEST.

Investigadores do Laboratório de David Karl da Universidade de Hawai’i em Mānoa e do Laboratório do Professor Jens Nielsen na Chalmers University of Technology em Göteborg, Suécia, desenvolveram um modelo de supercomputador onde compilaram as informações recolhidas por investigadores de todo o mundo ao longo de vários anos, desde as centenas de genes existentes às reações químicas e compostos necessários para a sobrevivência do microorganismo mais abundante do planeta, o Prochlorococcus, num estudo agora publicado pelo seu principal autor  John Casey, doutorado em oceanografia na UHM Escola de Ciência e Tecnologia do Oceano e da Terra.

Sabe-se que os micróbios utilizam três estratégias básicas para competir pela limitação de recursos elementares:

– Podem ajustar parcelas de células;
As células estressadas podem sintetizar moléculas para fazer um uso mais eficiente dos recursos disponíveis;
As células podem recorrer a alternativas ou fontes mais dispendiosas do nutriente.

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Créditos imagem: Center for Microbial Oceanography – Research and Education (C-MORE)

No caso do fósforo, um recurso limitado em vastas regiões oceânicas, o cosmopolita Prochlorococcus prospera adotando além das três estratégias, uma quarta estratégia, anteriormente desconhecida. “Ao gerar um primeiro modelo detalhado de metabolismo para um micróbio marinho ecologicamente importante, descobrimos que o Prochlorococcus evoluiu de forma a reduzir a sua dependência de fosfato, minimizando o número de enzimas envolvidas nas transformações de fosfato, aliviando as demandas intracelulares”, disse John Casey, sublinhando ainda que “a mudança dramática e generalizada na rede metabólica é realmente um choque. Estas alterações acabam por ser uma vantagem substancial de crescimento para este micróbio ubíquo em regiões do oceano com escassez de fósforo”.

Através do estudo e análise das simulações efetuadas no supercomputador, a equipa de investigadores descobriu que o microorganismo Prochlorococcus tem realizado, através de um processo chamado “racionalização do genoma” – a perda concertada de genes frívolos ao longo do tempo evolutivo – um redesign abrangente das principais vias metabólicas, face à persistente limitação do fósforo nos oceanos.

“Estamos interessados nos princípios subjacentes que orientam o metabolismo e a fisiologia em micróbios marinhos, o que exigirá uma compreensão mais profunda”, e o que terá levado John Casey e a sua equipa de investigadores a iniciar o caminho de abordagem sistémica de forma a incorporarem uma grande variedade de estudos fisiológicos e casos de estudo numa estrutura computacional, vislumbrando o ampliar da aprendizagem e do conhecimento através do design e das interações destes sistemas complexos.

O monitoramento e os avanços tecnológicos em sensores oceanográficos, ambos consequência da atividade microbiana e agentes estressores no crescimento de micróbios no oceano, possibilitaram uma análise mais detalhada do que nunca das condições ambientais. Este novo modelo permite-lhes dominar os ciclos químicos e biológicos da Terra, prosperar nas condições mais adversas e tornar o planeta habitável.

A expansão deste modelo de supercomputador “permitirá simular o metabolismo da comunidade microbiana marinha a um nível de detalhe sem precedentes, incorporando essas simulações a fina escala nos modelos globais de circulação oceânica na esperança de obtermos informações sobre como as aglomerações microbianas interagem no seu ambiente e entre si”, disse ainda Casey.

 

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