Uma equipe de químicos, microbiologistas e ecologistas desenvolveu uma sonda molecular (como uma molécula projetada para detectar proteínas ou DNA dentro de um organismo) que brilha quando o açúcar é decomposto. Redação de diário JackOs investigadores descrevem como esta invenção permite observar a competição microscópica entre algas e micróbios no oceano pelos seus hidratos de carbono.
“Os açúcares são onipresentes nos ecossistemas marinhos, mas ainda não está claro como os micróbios podem degradá-los todos”, diz Jan-Hendrik Hehmann do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha e do MARUM – Centro de Ciências Ambientais Marinhas em Bremen. “A nova descoberta permite-nos ver isto acontecer diretamente”, acrescentou Peter Seeberger, do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces.
Açúcar e carbono oceânico
As algas absorvem dióxido de carbono e o convertem em oxigênio e matéria orgânica, com os carboidratos desempenhando um papel central no processo. No entanto, nem todo açúcar é fácil de digerir pelas bactérias. Alguns são tão complexos que apenas alguns microorganismos conseguem decompô-los. Quando estes hidratos de carbono sólidos resistem à decomposição, o carbono que contêm afunda-se no fundo do oceano, onde pode permanecer preso durante séculos até que as enzimas certas estejam presentes. Determinar quais micróbios podem digerir carboidratos específicos há muito que desafia os cientistas, especialmente em vários ecossistemas marinhos.
Assistindo Sugar Glow
Para superar esse problema, a equipe usou a montagem automatizada de glicanos para criar açúcares marcados com dois corantes fluorescentes. Esses corantes funcionam juntos como um interruptor molecular, comunicando-se por meio de um processo denominado transferência de energia de ressonância de Förster (FRET). A sonda fica escura quando intacta, mas quando uma enzima quebra a estrutura do açúcar, ela emite luz. Isto permite aos cientistas ver exatamente onde e quando o açúcar está sendo degradado. Os pesquisadores testaram a sonda rastreando a renovação do α-manano, um polissacarídeo (longa cadeia de açúcar) encontrado na proliferação de algas. Funciona de forma eficaz em ensaios enzimáticos puros, extratos bacterianos, culturas de células vivas e até mesmo em comunidades microbianas complexas.
“Esta pesquisa é um excelente exemplo de colaboração interdisciplinar dentro do Instituto Max Planck. Com nossos glicanos FRET, temos agora uma nova ferramenta para estudar as interações fitoplâncton-bacterioplâncton no oceano”, diz Rudolf Amann do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha.
Revele degradadores ocultos
Ao permitir o rastreamento da renovação de α-manana, esta sonda de glicano abre novos caminhos para o estudo do metabolismo microbiano sem a necessidade de conhecimento genômico prévio. Os pesquisadores podem agora identificar degradadores ativos in situ, mapear o progresso da degradação dos glicanos no espaço e no tempo e medir as taxas de rotatividade em comunidades complexas. Esta ferramenta abre caminho para insights mais profundos sobre o ciclo de glicanos nos ecossistemas, desde a proliferação de algas oceânicas até o intestino humano. Ao observar quais os micróbios que estão activos e em que condições, os cientistas podem ligar actividades enzimáticas específicas a processos ambientais e, em última análise, obter uma melhor compreensão dos fluxos de carbono no oceano.
“O açúcar é fundamental para o ciclo do carbono nos oceanos”, concluiu o primeiro autor Connor Crawford, do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces. “Com estas sondas FRET, podemos perguntar: quem come o quê, onde e quando?”
