Contaminação de reagentes pode distorcer estimativas de mutação em bactérias
Pesquisa identifica que medições sobre a frequência de mutações em um gene de E. coli estavam superestimadas devido à contaminação por fosfato
A presença de fósforo em reagentes considerados livres desse elemento pode distorcer estimativas de mutação em bactérias Escherichia coli, com possíveis impactos em áreas como o desenvolvimento de defensivos agrícolas. É o que aponta um estudo realizado no Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (Cepid B3), sediado no Instituto de Química (IQ) da USP.
A Escherichia coli, mais conhecida pela abreviatura E. coli, é uma bactéria normalmente encontrada no trato gastrointestinal de organismos de sangue quente, com algumas cepas podendo causar intoxicação alimentar grave em humanos. Nos laboratórios a bactéria é um importante organismo modelo para estudos de microbiologia, já que o conjunto completo de seu material genético foi sequenciado ainda em 1997.
O estudo publicado no Journal of Bacteriology investigou um conjunto dos genes de E. coli chamado sistema Phn, que permite à E. coli usar como fonte alternativa de alimento o fosfonato – amplamente presente no ambiente e em compostos comerciais, como pesticidas e antibióticos. Na linhagem K-12, principal variação utilizada em laboratórios de pesquisa, mutações em um dos genes desse conjunto, o phnE, impedem o funcionamento do sistema.
Quando esse sistema não funciona, a bactéria perde a capacidade de fazer a substituição, o que pode ser desvantajoso em ambientes nos quais fosfonatos são a única ou a principal fonte de fósforo. Como essas alterações podem ser revertidas espontaneamente por mutações, restaurando a função do sistema, os pesquisadores decidiram medir com que frequência essas reversões ocorriam.
A equipe cultivou bactérias com o sistema Phn inativo em um meio nutritivo considerado livre de fósforo e outro contendo fosfonato como única fonte desse elemento. O experimento foi repetido inúmeras vezes, variando a quantidade inicial de bactérias.
O resultado chamou a atenção: quanto menor o número de bactérias no início do experimento, maior parecia ser a frequência de reversão. Quando usaram as células scavengers (limpadoras) para consumir essa contaminação residual ou quando filtraram o meio de cultura, a frequência de reversão caiu para cerca de 1 em cada 10 milhões (10-7).
Contaminação invisível
Neste sistema específico, o efeito da densidade era, na verdade, resultado da contaminação. De acordo com o trabalho, a explicação estava no próprio meio de cultura: as análises revelaram a presença de fósforo contaminante. “Em pequenas quantidades, esse recurso favorecia o crescimento das bactérias, resultando na maior multiplicação desses microrganismos e aumentando a probabilidade de ocorrência de reversões em phnE”, explica Beny Spira, autor do estudo, pesquisador do Cepid B3 e do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP.
A descoberta tem implicações importantes para a indústria, o meio ambiente e para o controle de contaminação em estudos de mutação. “Interpretar de forma incorreta a frequência de mutantes pode levar a conclusões equivocadas sobre processos adaptativos, afetando nossa compreensão de como surgem as mutações e de quais mecanismos evolutivos atuam nas populações microbianas”, diz.
Ele ainda afirma que o trabalho também chama atenção para um ponto frequentemente negligenciado: reagentes usados em experimentos biológicos raramente são totalmente puros e mesmo pequenas quantidades de contaminantes podem influenciar significativamente os resultados. “Também mostramos que até sistemas experimentais clássicos, amplamente utilizados, ainda podem ser revisitados sob novas perspectivas”, defende.
Para a bactéria, vantagens
Além dos alertas metodológicos, os resultados também apontam para uma possível vantagem evolutiva associada à mutação que inativa o sistema Phn em Escherichia coli. Cerca de 15% das linhagens analisadas não possuem esse sistema funcional.
“Uma peculiaridade de E. coli é sua capacidade de ocupar ambientes muito distintos: ela pode viver tanto no trato digestivo de mamíferos e aves, rico em nutrientes, quanto em locais mais pobres, como solos e corpos d’água”, explica Spira. Segundo o pesquisador, como os fosfonatos parecem ser raros no intestino dos hospedeiros, manter o sistema Phn ativo nessas condições pode representar um gasto energético desnecessário. “Nesse contexto, cepas mais adaptadas a esse ambiente podem se beneficiar ao perder essa função”, acrescenta.
Como desdobramento do estudo, a equipe pretende, agora, continuar as investigações sob novas perspectivas. “Estamos analisando nossa coleção, composta de centenas de cepas de E. coli, quanto ao estado funcional do Phn; o objetivo é determinar a frequência de cepas que possuem esse sistema funcional e compará-las àquelas que apresentam mutações que comprometem sua atividade”, diz o pesquisador.
Estudos como esse podem contribuir para o desenvolvimento de defensivos agrícolas mais direcionados e eficazes. “Diversos produtos utilizados na agricultura contêm compostos da classe dos fosfonatos e sua eficácia pode depender da composição das populações microbianas presentes no solo”, explica Spira.
Segundo o autor, os fosfonatos tendem a permanecer por mais tempo em ambientes onde predominam microrganismos incapazes de metabolizar essas substâncias. “Compreender como esses sistemas estão distribuídos e funcionam nas comunidades microbianas é fundamental para prever o destino desses compostos no solo e aprimorar estratégias de uso mais eficientes e sustentáveis”, conclui.
O artigo phnE frameshift reversion frequency: beyond density effects to genomic prevalence é assinado por Luísa Andrea Villanueva da Fonseca, Marina Caldas Leite e Beny Spira, e foi publicado on-line no Journal of Bacteriology, da American Society for Microbiology.
O Cepid B3 é uma rede, sediada no Instituto de Química (IQ) da USP, que reúne instituições de pesquisa para investigar os mecanismos de reprodução e comportamento das bactérias e de seus principais predadores, os bacteriófagos. Os projetos têm financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
Matéria: Bianca Bosso | Jornal da USP.
