Dieta determina as bactérias presentes em jardins microbianos cultivados por formigas

Cientistas observaram que comunidades bacterianas das colônias mudam conforme os alimentos oferecidos por formigas-cortadeiras ao fungo simbionte.

Saúva cortando semente: formigas-cortadeiras carregam para a colônia partes de plantas que são digeridas por fungos e bactérias (foto: Mariana Barcoto/IB-Unesp)

Uma colônia de formigas-cortadeiras, ou saúvas, está longe de ser o lar de apenas uma espécie. A cada ano, estudos trazem novas camadas de complexidade a esses verdadeiros ecossistemas, onde, além das formigas, vivem diferentes fungos, bactérias e ocorrem diversas interações entre todos, com a produção de inúmeros compostos desconhecidos.

No mais recente trabalho, pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e da Universidade de São Paulo (USP) apoiados pela FAPESP mostram como as bactérias presentes nas colônias respondem às diferentes dietas fornecidas pelas formigas ao fungo que elas cultivam.

O estudo, publicado na revista NPJ Biofilms and Microbiomes, abre caminho para se compreender melhor o funcionamento das colônias e mesmo para a prospecção de novas moléculas para uso biotecnológico.

Formigas-cortadeiras (tribo Attini) são conhecidas por cultivarem em suas colônias um fungo, que por sua vez digere matéria orgânica e fornece nutrientes para os insetos, em troca de alimento e proteção (leia mais em: agencia.fapesp.br/52937 e agencia.fapesp.br/54320).

“Existe uma rica produção científica sobre como a microbiota intestinal humana se altera de acordo com a dieta. Procuramos saber, então, o que acontece com a microbiota desses superorganismos, que são as colônias, quando fornecemos alimentos com diferente conteúdo de fibras”, conta Mariana de Oliveira Barcoto, primeira autora do estudo, realizado durante doutorado no Instituto de Biociências (IB) da Unesp, em Rio Claro, com bolsa da FAPESP.

O trabalho integra ainda projeto apoiado pela FAPESP, no âmbito do Programa BIOTA e coordenado por André Rodrigues, professor do IB-Unesp e orientador do doutorado de Barcoto.

Os pesquisadores observaram que uma dieta exclusiva de frutas e cereais favorece um conjunto de bactérias muito diferente do predominante em colônias que recebem a dieta normal das formigas-cortadeiras: folhas frescas e secas.

Nos experimentos realizados em Rio Claro, o fungo simbionte cessou seu crescimento nas colônias que receberam apenas frutas e cereais, que possuem fibras mais simples de serem digeridas. Com isso, essas colônias pararam de produzir alimento para as formigas. É possível que isso tenha ocorrido, em parte, porque o fungo simbionte dos formigueiros, e as bactérias associadas a ele, sejam adaptados para digerir fibras muito mais complexas, mas que fornecem mais nutrientes.

No total, 28 colônias de saúva-limão (Atta sexdens) foram divididas em quatro dietas, administradas por 56 dias. Na que foi usada como controle, eram fornecidas apenas folhas, reproduzindo a dieta natural da espécie. Para outro grupo de colônias, foram fornecidos apenas cereais (aveia e arroz) e frutas (como mamão, banana e maçã desidratados). Na dieta generalista, alternaram-se folhas, frutas e cereais. Por fim, no quarto tratamento, as formigas receberam apenas folhas por 20 dias, então receberam frutas e cereais por outros 20 dias e, nos últimos 16 dias, voltaram a receber apenas folhas.

“Assim como se observa no intestino humano, a microbiota das colônias responde à dieta, podendo mesmo voltar à composição original quando a antiga dieta volta a ser administrada”, comenta Barcoto.

Colônias foram cultivadas em laboratório em condições que permitiram controlar a dieta (fotos: Raquel Lima de Sousa/FFCLRP-USP)

Multidisciplinar

Entender como funciona a microbiota das colônias, no entanto, não era uma tarefa banal. Pode-se mudar a dieta de um grupo de pessoas ou camundongos e observar os efeitos, o que já foi feito em diversos estudos. No entanto, não existiam protocolos e desenhos experimentais para analisar se a microbiota das colônias de formigas-cortadeiras também responderia à dieta, e como faria.

Por isso, Barcoto buscou a literatura científica mais recente sobre esse tipo de análise em diferentes organismos, e ainda reuniu um time multidisciplinar de especialistas nos diferentes aspectos que o trabalho exigia.

Participaram do trabalho Odair Correa Bueno, do Laboratório de Formigas-Cortadeiras da própria Unesp em Rio Claro, além de pesquisadores de diferentes unidades da USP. Raquel Lima de Sousa, da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, e Lucas William Mendes, do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena), em Piracicaba.

Completaram o time três pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP): Eduardo Ribeiro de Azevedo, Rodrigo Henrique dos Santos Garcia e João Gabriel da Silva Soares.

Depois da manutenção das colônias em laboratório e da formulação e administração das diferentes dietas, foram utilizadas técnicas de ressonância magnética de sólidos, microscopia eletrônica de varredura e sequenciamento genético de amostras da colônia.

“Foram necessários diferentes tipos de dados para compreender o que estava acontecendo. O sequenciamento genético, por exemplo, quando contextualizado com as imagens de microscopia, dá uma segurança muito maior para as interpretações”, diz Rodrigues.

Lixo promissor

As análises permitiram compreender que a colônia é um contínuo longitudinal de degradação de lignocelulose. Numa camada superior, as formigas depositam as folhas recém-coletadas. Nessa região verde acinzentada existe uma colonização esparsa de fungos e bactérias.

A densidade desses microrganismos aumenta gradualmente à medida que a degradação da matéria orgânica progride, formando regiões centrais esbranquiçadas e contendo gongilídeos, estruturas que fornecem muitos dos nutrientes necessários para as formigas.

As partes de plantas não degradadas ficam na região mais antiga do jardim, estruturando uma área amarronzada no fundo. Cada uma dessas partes possui grupos de bactérias mais ou menos predominantes.

Conhecidas pela sua higiene, as operárias removem partes desse jardim que não possuem mais valor nutricional e as depositam num setor afastado, a pilha de lixo. Formigas mortas e substratos perigosos para a colônia também são lançados nesse depósito. Outro conjunto de bactérias continua agindo no material descartado.

“O lixo apresenta bastante potencial biotecnológico para encontrar microrganismos e enzimas produzidas por eles, que degradem matéria orgânica, como a lignocelulose das plantas. Essas bactérias podem ser muito promissoras para a pesquisa em biocombustíveis e biorremediação, por exemplo”, afirma Barcoto.

Além disso, o trabalho traz a possibilidade de novos experimentos, alterando outras variáveis, como temperatura e umidade, por exemplo, e novamente avaliando as respostas microbiológicas.

“Alteramos apenas uma variável, a alimentação, de uma só espécie de formiga, e ainda assim observamos grandes mudanças nas colônias. Em estudos futuros podemos explorar outras espécies, outros parâmetros e mesmo tentar prever qual seria o efeito delas no ecossistema em cenários de mudanças climáticas, por exemplo”, encerra Rodrigues, que é pesquisador do Centro de Pesquisa em Biodiversidade e Mudanças do Clima (CBioClima), um CEPID da FAPESP.

O artigo You are what your fungus eats: diet shapes the microbial garden of a fungus-growing ant pode ser lido em: nature.com/articles/s41522-025-00876-7.

André Julião | Agência FAPESP