Comunidades bacterianas usam uma estratégia sofisticada para se comunicar por longas distâncias

890 Embracing a Noble Ideal, Multi-subtitles (Julho 2019).

Anonim

É assim que acabamos com uma xícara de café fresco de um punhado de feijões. É como as plataformas petrolíferas marítimas extraem petróleo de densas formações rochosas sob o fundo do mar. Até ajuda a explicar como os incêndios florestais se espalham.

Uma teoria conhecida como "percolação" está agora ajudando os microbiologistas da Universidade da Califórnia em San Diego a explicar como as comunidades de bactérias podem efetivamente transmitir sinais através de longas distâncias. Antes considerada como um simples aglomerado de microorganismos, comunidades de bactérias - também chamadas de "biofilmes" - descobriram que utilizam canais iônicos para comunicação eletroquímica que ajudam a comunidade a prosperar e sobreviver a ameaças, como ataques químicos de antibióticos.

Os resultados, liderados por Joseph Larkin e autor sênior Gürol Süel da UC San Diego, são publicados em 25 de julho na revista Cell Systems.

Comunidades de biofilme habitam locais ao nosso redor, do solo para drenar tubos para a superfície dos nossos dentes. As células nas bordas dessas comunidades tendem a crescer mais robustamente do que suas contrapartes interiores, porque têm acesso a mais nutrientes. Para manter o crescimento das bordas em cheque e garantir que toda a comunidade esteja em forma e equilibrada, os membros "famintos" do interior do biofilme enviam sinais eletroquímicos para os membros no exterior. Esses sinais interrompem o consumo na borda, permitindo que os nutrientes passem para as células internas para evitar a inanição.

"Isso mantém o interior alimentado bem o suficiente e, se um ataque químico vier e tirar algumas das células externas, o interior protegido poderá continuar e toda a população poderá sobreviver", disse Larkin, especialista em pós-doutorado em Ciências Biológicas da UC San Diego.. "É essencial que o sinal eletroquímico seja consistentemente transmitido até a borda do biofilme, porque esse é o lugar onde o crescimento deve ser interrompido para que a comunidade aproveite ao máximo a sinalização."

Ao abordar seu novo estudo, os pesquisadores procuraram explicar como as comunidades bacterianas são capazes de propagar esses sinais de comunicação eletroquímica. Ao contrário dos neurônios que designaram estruturas para retransmitir sinais eletroquímicos conhecidos como axônios, as comunidades bacterianas carecem de estruturas tão sofisticadas. Isso provocou a questão de como as bactérias poderiam transmitir sinais de maneira tão eficaz a longas distâncias dentro da comunidade.

Depois de vasculhar grandes quantidades de dados bacterianos, os pesquisadores da UC San Diego começaram a colaborar com Andrew Mugler e Xiaoling Zhai, da Purdue University, que propuseram a ideia de que a teoria da percolação poderia explicar como as comunidades bacterianas podem estar propagando sinais de célula para célula.

A teoria da percolação existe desde os anos 50 e tem ajudado os físicos a descrever como os sinais são transmitidos através de um meio ou rede de diversos componentes. Em uma cafeteira, a água quente penetra através de grãos de café individuais em uma garrafa. Na indústria do petróleo, as perfuradoras maximizam seu rendimento extraindo petróleo das areias percoladas, onde o leito rochoso é poroso o suficiente para permitir que o óleo flua sobre uma grande área.

Em uma comunidade de bactérias, os sinais passam de célula para célula em um caminho conectado a uma distância de centenas de células. Usando microscópios de fluorescência, os pesquisadores conseguiram rastrear células individuais que estavam "disparando" (transmitindo um sinal). Os cientistas descobriram que a fração de células de disparo e sua distribuição no espaço correspondiam precisamente às previsões teóricas do início da percolação. Em outras palavras, a comunidade bacteriana tinha uma fração de células de disparo que estava precisamente no ponto de inflexão entre não ter conectividade e conectividade total entre as células, também conhecida como um ponto crítico de transição de fase.

"Estamos todos familiarizados com a forma como fazemos café através de percolação e é uma reviravolta interessante que as bactérias parecem usar o mesmo conceito para realizar a tarefa muito complicada de transmitir de forma eficiente um sinal eletroquímico a longas distâncias de célula para célula", disse Süel..

"É interessante que essas bactérias, chamadas de organismos simples, unicelulares, estão usando uma estratégia bastante sofisticada para resolver esse problema no nível da comunidade", disse Larkin. "É sofisticado o suficiente para que nós humanos o usemos para extrair petróleo, por exemplo."

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