Descobrindo a “matéria escura” das bactérias que vivem em resíduos tóxicos de mineração

Descoberta de novas espécies e estudo da interação com outras bactérias poderão facilitar descontaminação de minas de cobre

Mineração de cobre potencializa drenagem ácida de mina, solução aquosa formada a partir da oxidação de minerais sulfetados, como a calcopirita, com altos teores de metais pesados e acidez, que pode contaminar águas subterrâneas e solo – Foto: Cedida pelo pesquisador/Leandro Nascimento Lemos
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Nos resíduos de mineração de cobre, conhecidos como drenagem ácida, vivem bactérias que ainda não são cultivadas em laboratório e por isso são pouco estudadas, embora possam ser essenciais em processos de descontaminação dos resíduos. Para encontrar essas bactérias, conhecidas como “matéria escura microbiana”, uma pesquisa com participação do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena) da USP, em Piracicaba, reconstruiu seu genoma a partir do sequenciamento genético de todas as espécies de micro-organismos em amostras da drenagem ácida de uma mina no Pará. O trabalho identificou duas novas espécies de bactérias do grupo Saccharimonadia, cujo genoma é tão pequeno que elas precisam associar-se a outras bactérias para sobreviver. Essa interação poderá levar à aplicação das espécies em conjuntos de micro-organismos usados para remediar a contaminação.

“Apesar dos benefícios econômicos oriundos da mineração, esta atividade potencializa a produção de drenagem ácida de mina, que é caracterizada por uma solução aquosa formada a partir da oxidação de minerais sulfetados, como por exemplo a calcopirita”, explica o biólogo Leandro Nascimento Lemos, que integrou o grupo de pesquisa. “Este material é constituído por altos teores de metais pesados e pH ácido, extremamente baixo, que pode contaminar o solo e o lençol freático, ou seja, cursos de água subterrâneos.”

De acordo com o biólogo, uma importante alternativa para controle da drenagem ácida de mina é a biorremediação. “A biorremediação é um processo que utiliza micro-organismos, especialmente do próprio ambiente, que podem auxiliar na neutralização da acidez (pH)”, descreve. “Um grupo muito usado para esse fim são as bactérias redutoras de sulfato.”

O pesquisador destaca que as interações entre os membros das comunidades microbianas presentes na drenagem ácida são fundamentais para o desempenho da biorremediação. “O objetivo da pesquisa foi investigar o metabolismo de duas novas espécies do grupo Saccharimonadia e suas interações ecológicas com outras bactérias que estão presentes em drenagem ácida de mina”, aponta. “O grande desafio foi reconstruir o genoma destes micro-organismos, tendo em vista que entre 85% e 99% deles ainda não são cultiváveis em laboratório, devido à dificuldade de simular as condições do ambiente em que vivem.”

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Pesquisa analisou amostras de drenagem ácida da Mina do Sossego, no município de Canaã dos Carajás, localizado no sudeste do Estado do Pará – Foto: Cedida pelo pesquisador/Leandro Nascimento Lemos

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Extração e sequenciamento do DNA genômico de todas as espécies microbianas nas amostras forneceram dados para identificação de duas novas bactérias do grupo Saccharimonadia – Foto: Cedida pelo pesquisador/Leandro Nascimento Lemos

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Matéria escura microbiana

A dificuldade de cultivo das bactérias estudadas no trabalho faz com que sejam consideradas por especialistas em microbiologia como “microbial dark matter”, isto é, “matéria escura microbiana”. “A localização e identificação foram a partir do uso de abordagens avançadas de metagenômica (estudo de material genético recuperado diretamente de amostras ambientais) e bioinformática”, relata Nascimento Lemos. “Inicialmente foram coletadas amostras de drenagem ácida da Mina do Sossego, em Canaã dos Carajás, no Pará. “Por meio de técnicas de biologia molecular, baseadas na extração e sequenciamento massivo do DNA genômico de todas as espécies microbianas que estão nas amostras, foi possível obter uma enorme quantidade de dados.”

Por se tratar de micro-organismos que ainda não foram cultivados, os genomas dessas novas espécies foram reconstruídos a partir de fragmentos presentes em uma comunidade microbiana de alta complexidade. “Este processo é análogo à montagem de um quebra-cabeça”, conta o biólogo, “onde as peças individuais, que representam fragmentos de genomas de todas as espécies que estão na comunidade microbiana, são agrupadas com base em características comuns.”

Investigando o genoma das bactérias, os pesquisadores descobriram que elas não apresentam genes associados à biossíntese de aminoácidos, nucleotídeos, ácidos graxos e cofatores, que são moléculas fundamentais para a sobrevivência de bactérias de vida livre. “Além disso, por apresentarem um genoma muito pequeno, menor que 1 Megabase (Mbp), quando uma bactéria de solo, por exemplo, tem em média um genoma de 4.5 Mbp, foi levantada a hipótese de que elas poderiam estar vivendo em simbiose com outras bactérias”, ressalta o pesquisador.

 

Grupos bacterianos encontrados nas amostras de drenagem ácida – Imagem: Reprodução / Genomic signatures and co‐occurrence patterns of the ultra‐small Saccharimonadia (phylum CPR/Patescibacteria) suggest a symbiotic lifestyle

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Usando métodos computacionais baseados na Teoria de Redes Complexas, a pesquisa encontrou evidências de co-ocorrência e dependência metabólica com outras bactérias, tais como as do gênero Hydrotalea. “Por elas co-ocorrerem com outras bactérias que são potenciais para o processo de biorremediação, mas que ainda não foram cultivadas, no futuro elas poderiam ser aplicadas em consórcios microbianos para descontaminação de solos”, conclui Nascimento Lemos. O trabalho é descrito no artigo Genomic signatures and co‐occurrence patterns of the ultra‐small Saccharimonadia (phylum CPR/Patescibacteria) suggest a symbiotic lifestyle, publicado na revista Molecular Ecology em 25 de agosto.

Interações das duas novas bactérias identificadas no estudo – Imagem: Reprodução / Genomic signatures and co‐occurrence patterns of the ultra‐small Saccharimonadia (phylum CPR/Patescibacteria) suggest a symbiotic lifestyle

A pesquisa foi realizada por um grupo multidisciplinar, coordenado pelo professor Victor Pylro, da Universidade Federal de Lavras (UFLA), em Minas Gerais. A reconstituição do genoma das bactérias foi feita na Plataforma de Bioinformática do Instituto René Rachou, da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) de Minas Gerais. Também integraram o grupo de pesquisa Julliane Medeiros, da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Francisco Dini-Andreote, da The Pennsylvania State University (Estados Unidos), Gabriel Fernandes, da Fiocruz Minas, Alessandro Varani, da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e Guilherme Oliveira, do Instituto Tecnológico Vale, em Belém (Pará).

Mais informações: e-mail llemos@usp.br, com Leandro Nascimento Lemos

 

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