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Uma equipe interdisciplinar composta por químicos, microbiologistas e ecologistas do Instituto Max Planck desenvolveu uma sonda molecular inovadora capaz de emitir luz ao detectar a degradação de açúcares por microrganismos marinhos, revelando, em tempo real, a competição microscópica entre algas e bactérias no oceano. O estudo foi recentemente publicado na revista JACS.
O Contexto da Pesquisa
Os açúcares desempenham papel essencial nos ecossistemas marinhos, servindo tanto de fonte de energia quanto de base para o sequestro de carbono. No entanto, compreender como, quando e por quais microrganismos os açúcares complexos são decompostos no ambiente oceânico ainda é um desafio científico significativo. Algas convertem dióxido de carbono em oxigênio e matéria orgânica, tendo os açúcares como elementos centrais. Embora alguns desses açúcares sejam prontamente consumidos por bactérias, outros são tão complexos que apenas poucas espécies têm capacidade enzimática para degradá-los, o que dificulta a total reciclagem do carbono nos oceanos.
Resultados e Metodologia
Utilizando a montagem automatizada de glicanos, os cientistas criaram uma molécula de açúcar marcada com dois corantes fluorescentes acoplados através de um sistema de transferência de energia por ressonância de Förster (FRET). O sistema permanece “apagado” enquanto a molécula está intacta, mas emite luz ao ser quebrada por enzimas específicas. A metodologia permitiu rastrear a degradação da α-mananana — um polissacarídeo abundante em floramentos algais — através de diferentes ambientes experimentais, desde testes com enzimas purificadas até comunidades microbianas complexas.
Sugars are ubiquitous in marine ecosystems, yet it’s still unclear whether or how microbes can degrade them all.
(“Os açúcares são onipresentes nos ecossistemas marinhos, mas ainda não está claro se, ou como, os microrganismos conseguem degradá-los completamente.”)— Jan-Hendrik Hehemann, Max Planck Institute for Marine Microbiology e MARUM
This research is a wonderful example of interdisciplinary collaboration between Max Planck Institutes. With our FRET glycans, we now have a new tool for researching phytoplankton-bacterioplankton interactions in the ocean.
(“Esta pesquisa é um exemplo marcante de colaboração interdisciplinar entre os Institutos Max Planck. Com nossos glicanos FRET, dispomos agora de uma nova ferramenta para investigar as interações entre fitoplâncton e bacterioplâncton no oceano.”)— Rudolf Amann, Max Planck Institute for Marine Microbiology
Implicações e Próximos Passos
A novidade permite mapear a degradação de açúcares específicos em tempo real e identificar, em campo, quais microrganismos estão ativos na reciclagem do carbono marinho. A abordagem dispensa conhecimento prévio do genoma dos microrganismos estudados, abrindo caminho para análises inéditas em ecossistemas variados — do oceano ao intestino humano. O acompanhamento da atividade enzimática frente a diferentes condições ambientais promete desvendar o fluxo do carbono marinho de forma mais detalhada, contribuindo para a compreensão do papel do oceano no clima global. Conforme conclui Conor Crawford:
Sugars are central to the marine carbon cycle. With this FRET probe, we can ask: Who’s eating what, where, and when?
(“Os açúcares são centrais no ciclo do carbono marinho. Com esta sonda FRET, podemos perguntar: quem está consumindo o quê, onde e quando?”)— Conor Crawford, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces
Nos próximos anos, a aplicação das sondas FRET deverá impulsionar o conhecimento sobre a dinâmica dos ciclos biogeoquímicos nos oceanos, sendo um avanço relevante para estratégias de monitoramento ambiental e iniciativas de mitigação das mudanças climáticas globais. A expectativa é que a inovação inspire pesquisas relacionadas à ciência dos ecossistemas microbianos e ao desenvolvimento de novas ferramentas de bioengenharia ambiental.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
