Uma equipe internacional de pesquisa liderada pelos microbiologistas Marc Mussmann e Alexander Loy, da Universidade de Viena, descobriu um novo tipo de metabolismo microbiano. Os microrganismos recém-identificados, conhecidos como bactérias MISO, são capazes de “respirar” minerais de ferro ao oxidar sulfeto tóxico. Os cientistas descobriram que a reação entre o sulfeto de hidrogênio — um gás venenoso — e minerais sólidos de ferro não é apenas um processo químico, mas também biológico. Nesse novo caminho revelado, micróbios adaptáveis vivendo em sedimentos marinhos e solos de regiões alagadas removem sulfeto tóxico e o utilizam como fonte de energia para seu crescimento. Essas bactérias podem também desempenhar um papel importante na prevenção da expansão de “zonas mortas” sem oxigênio em ecossistemas aquáticos.
As descobertas foram recentemente publicadas na Nature.
Como os Micróbios Movimentam os Ciclos de Elementos da Terra
A movimentação de elementos-chave, como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro, pelo meio ambiente ocorre por meio do que são conhecidos como ciclos biogeoquímicos. Essas transformações acontecem através de reações de redução e oxidação (redox) que movem os elementos entre ar, água, solo, rochas e seres vivos. Como esses ciclos regulam os gases de efeito estufa, eles têm uma influência direta no clima e no equilíbrio de temperatura da Terra. Microrganismos impulsionam quase todas as etapas desses processos, utilizando substâncias como enxofre e ferro para respiração, da mesma forma que os humanos dependem do oxigênio para metabolizar alimentos.
O enxofre e o ferro são particularmente essenciais para comunidades microbianas que vivem em habitats pobres em oxigênio, como fundos oceânicos, pântanos e sedimentos. O enxofre pode existir como um gás na atmosfera, como sulfato dissolvido na água do mar, ou preso em depósitos minerais. O ferro, por sua vez, muda entre diferentes formas químicas dependendo da disponibilidade de oxigênio. Quando os micróbios processam enxofre, eles frequentemente alteram a forma do ferro ao mesmo tempo, criando uma relação estreitamente ligada entre os dois elementos. Essa conexão afeta o ciclo de nutrientes e influencia a produção ou consumo de gases de efeito estufa como dióxido de carbono e metano. Compreender essas conexões ajuda os cientistas a prever como os sistemas naturais respondem a alterações ambientais, incluindo poluição e aquecimento global.
Micróbios que Usam Ferro para Eliminar Sulfeto Tóxico
Em ambientes pobres em oxigênio, como sedimentos marinhos, pântanos e aquíferos subterrâneos, certos micróbios produzem sulfeto de hidrogênio, um gás fétido e altamente tóxico. Interações entre esse sulfeto e minerais de óxido de ferro (III) — essencialmente ferrugem — ajudam a manter os níveis de sulfeto sob controle. Até agora, os cientistas pensavam que esse processo acontecia apenas através de reações químicas que criavam enxofre elementar e sulfeto de ferro (FeS), o mineral negro responsável pela cor escura das areias de praias com baixa concentração de oxigênio.
“Nós mostramos que essa reação redox ambientalmente importante não é exclusivamente química”, afirma Alexander Loy, líder do grupo de pesquisa no CeMESS, o Centro de Microbiologia e Ciência dos Sistemas Ambientais da Universidade de Viena. “Os microrganismos também podem aproveitá-la para seu crescimento.”
A descoberta da equipe revela uma nova forma de produção de energia microbiana chamada MISO. Esse processo conecta a redução do óxido de ferro (III) com a oxidação do sulfeto. Diferentemente de uma reação puramente química, as bactérias MISO geram diretamente sulfato, pulando etapas intermediárias no ciclo do enxofre. “As bactérias MISO removem sulfeto tóxico e podem ajudar a prevenir a expansão das chamadas ‘zonas mortas’ em ambientes aquáticos, enquanto fixam dióxido de carbono para seu crescimento — de forma semelhante às plantas”, acrescenta Marc Mussmann, cientista sênior do CeMESS.
Um Processo Rápido e Amplamente Distribuído que Forma o Planeta
Em experimentos de laboratório, os pesquisadores descobriram que a reação MISO executada por micróbios acontece mais rapidamente do que a mesma reação quando ocorre quimicamente. Isso indica que é provável que os microrganismos sejam a principal força por trás dessa transformação em ambientes naturais. “Bactérias diversas e arqueias possuem a capacidade genética para MISO”, explica o autor principal Song-Can Chen, “e elas são encontradas em uma ampla gama de ambientes naturais e criados pelo homem.”
De acordo com o estudo, a atividade MISO em sedimentos marinhos pode ser responsável por até 7% de toda a oxidação de sulfeto global para sulfato. Esse processo é alimentado pelo fluxo constante de ferro reativo que entra nos oceanos a partir de rios e geleiras em derretimento. A pesquisa, apoiada pelo Fundo Austríaco de Ciência (FWF) como parte do Cluster de Excelência ‘Os Microbiomas Impulsionam a Saúde Planetária’, identifica um novo mecanismo biológico ligando o ciclo de enxofre, ferro e carbono em ambientes isentos de oxigênio.
“Esta descoberta demonstra a engenhosidade metabólica dos microrganismos e destaca seu papel indispensável na formação dos ciclos globais de elementos da Terra”, conclui Alexander Loy.
