Bactéria mutante recriada acidentalmente uma das pinturas mais icônicas de Van Gogh

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A linha entre arte e ciência às vezes é tortuosa. Os pesquisadores que estudam uma bactéria social que se move e se alimenta em enxames coordenados recriaram involuntariamente algo que se parece muito com uma obra-prima familiar.

Quando um determinado gene é superexpresso em uma bactéria conhecida como Myxococcus xanthus, os organismos individuais se auto-organizam em minúsculos enxames circulares em poucas horas.

Uma vez que os enxames resultantes são coloridos artificialmente, a cena se parece muito com a de Van Gogh A noite estrelada.

Uma mistura de duas cepas de mixobactérias, uma que superexpressa TraAB (amarelo) e outra não é adesiva e não é reversível (azul).  (D. Wall / Universidade de Wyoming)(D. Wall / Universidade de Wyoming)

Acima: Uma mistura de duas cepas de mixobactérias, uma que superexpressa TraAB (amarelo) e outra que é não adesiva e não reversível (azul) com aumento de x10.

“Nosso trabalho destaca como uma bactéria social, conhecida por fontes ricas em produtos naturais terapêuticos e como agentes de biocontrole de plantações, serve como um modelo poderoso para estudar comportamentos emergentes que também exibem beleza artística”. diz o microbiologista Daniel Wall, da Universidade de Wyoming.

A noite estrelada. (Vincent van Gogh / Wikimedia Commons / Domínio Público)

As bactérias têm a reputação de serem egoístas, mas M. xanthus é descrita como uma bactéria social porque precisa encontrar e reconhecer parentes para sobreviver.

Depois de formar grandes aglomerados familiares, essa bactéria em forma de bastonete é muito melhor para atacar suas presas para se alimentar. Cada célula produz enzimas digestivas que facilitar a alimentação predatória.

Os pesquisadores estão fascinados por esse comportamento social há anos, mas ainda não temos um modelo abrangente e amplamente aceito para seus movimentos complexos.

Em 2017, Wall e seus colegas anunciaram o descoberta de uma única ‘chave’ genética responsável por ativar e desativar esse comportamento de agrupamento.

O switch controla especificamente uma sequência de proteína, conhecida como TraA, que fornece um receptor de superfície para a bactéria reconhecer e se ligar ao receptor parceiro, TraB, em seus parentes.

Depois de se colar a um membro da família por meio desses dois receptores (TraAB), a bactéria pode, então, trocar nutrientes e proteínas com o resto do grupo.

Quando o enxame encontra comida, pesquisas de laboratório mostram que os organismos podem realmente reúnem suas enzimas e metabólitos através dessas conexões para dar o soco mais poderoso às suas presas.

Mas tudo isso muda quando a equipe induziu bactérias mutantes a superexpressar as conexões TraAB. Essa conexão é o que permite que as células se unam em primeiro lugar, mas quando há muito dessa ‘cola social’, o enxame não consegue se separar tão facilmente para mudar sua forma ou direção.

Mixobactérias de uma cepa que superexpressa TraAB (verde) e uma cepa que não é adesiva e não é reversível (vermelha) com ampliação x4.  (Wall / University of Wyoming)(Wall / University of Wyoming)

Acima: Mixobactérias de uma cepa que superexpressa TraAB (verde) e uma cepa que não é adesiva e não é reversível (vermelha) com ampliação x4.

“Em células normais do tipo selvagem, eles vão e voltam, vão e vêm, como um trem de passageiros”, explica o bioengenheiro Oleg Igoshin da Rice University.

“A cabeça se torna a cauda e a cauda se torna a cabeça. E eles fazem isso a cada 8 minutos ou mais.”

Uma superexpressão de TraAB, no entanto, parece impedir o enxame de mudar sua cabeça para sua cauda e vice-versa.

Isso é o que os modelos computacionais sugeriram que aconteceria, mas os autores ainda não conseguiram descobrir o porquê. Pelo que eles sabiam, a conexão TraAB não estava diretamente envolvida na regulação dos movimentos do enxame, apenas sua aderência.

Em última análise, a equipe suspeitou que a qualidade pegajosa do TraB estava impedindo indiretamente o enxame de células de mudar de direção.

“Nossa ideia era que talvez houvesse algum tipo de sinal dependente de contato entre as células que suprime as reversões.” explica Igoshin.

“As células estão em grupos densos e estão em contato com outras o tempo todo, mas esses contatos são transitórios. Mas se a superexpressão do TraAB realmente o tornar pegajoso, seu vizinho continuará sendo seu vizinho por mais tempo, e isso pode disparar o sinal que suprime o reversões. “

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Acima: Duas cepas de mixobactérias que superexpressam diferentes tipos de receptores TraA (vermelho e verde) que aderem a si mesmas, mas não entre si.

Rodando esse cenário em modelos computacionais, os autores puderam verificar seu palpite. Com apenas mudanças na conexão TraAB, os enxames normais da cabeça à cauda de repente se tornaram redemoinhos giratórios de células, tão grandes quanto um milímetro ou mais.

Outros experimentos em laboratório confirmaram que isso também aconteceu com as bactérias na vida real. Especificamente, os redemoinhos podem ocorrer quando uma cepa superexpressa pegajosidade, mas também quando uma cepa é geneticamente modificada para ser diretamente ‘não reversível’.

O resultado não é apenas uma melhor compreensão de como milhões de células coordenam seus movimentos, mas também uma imagem hipnotizante do mundo microbiano.

O estudo foi publicado em mSystems.



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