Açúcares brilhantes mostram como os micróbios comem o carbono do oceano

“Os açúcares são omnipresentes nos ecossistemas marinhos, mas ainda não está claro se ou como os micróbios podem degradar todos eles”, diz Jan-Hendrik Hehemann, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha e do MARUM – Centro de Ciências Ambientais Marinhas, ambos localizados em Bremen. “A nova sonda permite-nos observar tudo ao vivo”, acrescenta Peter Seeberger, do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces.

Açúcares e o carbono do oceano

As algas absorvem dióxido de carbono e o transformam em oxigênio e matéria orgânica, com os açúcares desempenhando um papel central no processo. No entanto, nem todo açúcar é fácil de digerir pelos micróbios. Alguns são tão complexos que apenas alguns microorganismos conseguem decompô-los. Quando estes açúcares resistentes resistem à decomposição, o carbono que contêm afunda-se no fundo do mar, onde pode permanecer preso durante séculos até aparecerem as enzimas certas. Determinar quais micróbios podem digerir açúcares específicos há muito que desafia os cientistas, especialmente em diversos ecossistemas oceânicos.

Assistindo açúcares brilharem

Para superar esse problema, a equipe usou a montagem automatizada de glicano para criar um açúcar marcado com dois corantes fluorescentes. Esses corantes interagem por meio de um processo denominado transferência de energia de ressonância de Förster (FRET), agindo juntos como um interruptor molecular. A sonda permanece 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. Ele teve um desempenho eficaz em testes de enzimas purificadas, extratos bacterianos, culturas de células vivas e até mesmo em comunidades microbianas complexas.

“Esta pesquisa é um exemplo maravilhoso de colaboração interdisciplinar entre os Institutos Max Planck. Com nossos glicanos FRET, temos agora uma nova ferramenta para pesquisar as interações fitoplâncton-bacterioplâncton no oceano”, diz Rudolf Amann do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha.

Revelando 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 agora podem identificar degradadores ativos in situ, mapear a progressão da degradação dos glicanos no espaço e no tempo e quantificar 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 são activados e em que condições, os cientistas podem ligar actividades enzimáticas específicas a processos ambientais e, em última análise, obter uma melhor compreensão do fluxo de carbono no oceano.

“Os açúcares são fundamentais para o ciclo do carbono marinho”, conclui o primeiro autor Conor Crawford, do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces. “Com esta sonda FRET, podemos perguntar: quem está comendo o quê, onde e quando?”