Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelos microbiologistas Mark Mussmann e Alexander Loy, da Universidade de Viena, descobriu um tipo completamente novo de metabolismo microbiano. Os microrganismos recentemente identificados, conhecidos como bactérias MISO, são capazes de “respirar” minerais de ferro oxidando sulfetos tóxicos. Os cientistas descobriram que a reação entre o sulfeto de hidrogênio – um gás venenoso – e os minerais sólidos de ferro não é apenas um processo químico, mas também um processo biológico. Neste caminho recentemente revelado, micróbios adaptados que vivem em sedimentos marinhos e solos pantanosos removem o sulfureto tóxico e utilizam-no como fonte de energia para o crescimento. Estas bactérias podem desempenhar um papel importante na prevenção da propagação de “zonas mortas” privadas de oxigénio nos ecossistemas aquáticos.
Os resultados foram publicados recentemente a natureza.
Como a energia germinativa circula os elementos da Terra
O movimento de elementos-chave como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro através do meio ambiente é conhecido como ciclo biogeoquímico. Essas transformações ocorrem por meio de reações de redução e oxidação (redox) que movem elementos para o ar, água, solo, rochas e seres vivos. Dado que estes ciclos controlam os gases com efeito de estufa, têm um impacto directo no clima e no equilíbrio da temperatura da Terra. Os microrganismos realizam quase todas as etapas destes processos, utilizando substâncias como o enxofre e o ferro para a respiração, tal como os humanos dependem do oxigénio para metabolizar os alimentos.
O enxofre e o ferro são particularmente essenciais para as comunidades microbianas que vivem em habitats privados de oxigénio, como fundos oceânicos, pântanos e sedimentos. O enxofre pode existir como gás na atmosfera, sulfato dissolvido na água do mar ou preso em depósitos minerais. Por outro lado, o ferro se transforma em diferentes formas químicas dependendo da disponibilidade de oxigênio. Quando os micróbios processam o enxofre, muitas vezes mudam a forma do ferro ao mesmo tempo, criando uma relação fortemente acoplada entre os dois elementos. Este acoplamento influencia a ciclagem de nutrientes e a produção ou consumo de gases com efeito de estufa, como o dióxido de carbono e o metano. A compreensão destas ligações ajuda os cientistas a prever como os sistemas naturais respondem às mudanças ambientais, como a poluição e o aquecimento global.
Micróbios que usam ferro para eliminar sulfetos tóxicos
Em ambientes pobres em oxigénio, como sedimentos marinhos, pântanos e zonas húmidas subterrâneas, alguns micróbios produzem sulfeto de hidrogénio, um gás fétido e altamente tóxico. A interação entre esses sulfetos e minerais de óxido de ferro (III) – essencialmente ferrugem – ajuda a manter os níveis de sulfetos sob controle. Até agora, os cientistas pensavam que este processo ocorria apenas através de uma reacção química envolvendo enxofre elementar e monossulfureto de ferro (FeS), o mineral preto responsável pela cor escura das areias das praias com baixo teor de oxigénio.
“Mostramos que esta reação redox ecologicamente importante não é apenas química”, disse Alexander Loy, líder do grupo de pesquisa do Centro de Microbiologia e Ciência de Sistemas Ambientais do CMESS da Universidade de Viena. “Os micróbios podem usá-lo para crescer.”
A descoberta da equipe revela uma nova forma de produção de energia microbiana chamada MISO. Este processo combina a redução dos óxidos de ferro (III) com a oxidação dos sulfetos. Ao contrário de uma reação química completa, o MISO produz sulfato diretamente, pulando etapas intermediárias do ciclo do enxofre. “As bactérias MISO podem remover sulfetos tóxicos e ajudar a prevenir a propagação das chamadas ‘zonas mortas’ em ambientes aquáticos, ao mesmo tempo que fixam dióxido de carbono para o crescimento – semelhante ao das plantas”, acrescenta o cientista sênior do CeMESS, Mark Mussman.
Um processo rápido e massivo que molda o planeta
Em experimentos de laboratório, os pesquisadores descobriram que a reação MISO realizada por micróbios ocorreu mais rapidamente do que a mesma reação se induzida quimicamente. Isto indica que os microrganismos são provavelmente a principal força por trás destas transformações em ambientes naturais. “Diversas bactérias e archaea possuem capacidade genética para MISO”, explica o autor principal Song-Kan Chen, “e são encontradas em uma ampla variedade de ambientes naturais e artificiais”.
De acordo com o estudo, a atividade do MISO em sedimentos marinhos pode ser responsável por 7% de toda a oxidação global de sulfeto em sulfato. Este processo é alimentado por um fluxo constante de ferro reativo que entra no oceano vindo dos rios e do derretimento das geleiras. A investigação, apoiada pelo Fundo Austríaco para a Ciência (FWF) como parte do cluster de excelência ‘Microbiomes Drive Planetary Health’, identifica um novo processo biológico que liga a ciclagem de enxofre, ferro e carbono num ambiente livre de oxigénio.
“Esta descoberta demonstra a engenhosidade metabólica dos microrganismos e destaca o seu papel essencial na formação dos ciclos globais dos elementos da Terra”, conclui Alexander Loy.
