Um grupo de químicos, microbiologistas e ecologistas desenvolveu uma sonda molecular (uma molécula projetada para detectar, por exemplo, proteínas ou DNA dentro de um organismo) que brilha quando um açúcar é degradado. Escrevendo na revista JACS, os pesquisadores descrevem como essa inovação possibilita observar a competição microscópica entre algas e os micróbios que consomem seus açúcares no oceano.
“Os açúcares são onipresentes nos ecossistemas marinhos, mas ainda não está claro se ou como os micróbios podem degradá-los todos”, 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 nos permite observar isso 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, sendo os açúcares fundamentais nesse processo. No entanto, nem todo açúcar é fácil de ser digerido pelos micróbios. Alguns são tão complexos que apenas alguns microorganismos conseguem quebrá-los. Quando esses açúcares difíceis resistem à decomposição, o carbono que contêm afunda até o fundo do mar, onde pode permanecer preso por séculos até que as enzimas adequadas apareçam. Determinar quais micróbios podem digerir açúcares específicos tem sido um desafio para os cientistas, especialmente em ecossistemas oceânicos diversos.
Observando Açúcares Brilharem
Para superar esse problema, a equipe utilizou a montagem automatizada de glicosídeos para criar um açúcar marcado com dois corantes fluorescentes. Esses corantes interagem por meio de um processo chamado transferência de energia ressonante de Förster (FRET), funcionando juntos como um interruptor molecular. A sonda permanece escura quando intacta, mas uma vez que uma enzima quebra a espinha dorsal do açúcar, ela emite luz. Isso permite que os cientistas vejam exatamente onde e quando o açúcar está sendo degradado. Os pesquisadores testaram a sonda rastreando a rotatividade do α-manan, um polissacarídeo (cadeia longa de açúcar) encontrado em florescências de algas. Ela se destacou em testes com enzimas purificadas, extratos bacterianos, culturas de células vivas e até em comunidades microbianas complexas.
“Esta pesquisa é um maravilhoso exemplo de colaboração interdisciplinar entre os Institutos Max Planck. Com nossos glicosídeos FRET, agora temos uma nova ferramenta para pesquisar interações fitoplâncton-bacterioplâncton nos oceanos,” diz Rudolf Amann, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha.
Revelando Degradadores Ocultos
Ao permitir o rastreamento da rotatividade do α-manan, essa sonda glicana abre novas avenidas para estudar o metabolismo microbiano sem a necessidade de um conhecimento genômico prévio. Os pesquisadores agora podem localizar degradadores ativos in situ, mapear a progressão da degradação do glicano através do espaço e do tempo e quantificar as taxas de rotatividade em comunidades complexas. Esta ferramenta pave o caminho para insights mais profundos sobre o ciclo do glicano em ecossistemas, desde florescimentos de algas oceânicas até o intestino humano. Ao observar quais micróbios são ativados e em quais condições, os cientistas podem vincular atividades enzimáticas específicas a processos ambientais e, em última análise, compreender melhor o fluxo de carbono no oceano.
“Os açúcares são centrais para o ciclo do carbono marinho,” conclui Conor Crawford, primeiro autor do Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces. “Com essa sonda FRET, podemos perguntar: Quem está comendo o quê, onde e quando?”
