Cooperação e "multicelularidade" em procariontes. Mutualismo, comensalismo, parasitismo. Ciclos do nitrogênio e do carbono.

Pontos Principais:

  • As bactérias podem ser altamente cooperativas. Algumas podem até formar estruturas organizadas muito parecidas com um tecido multicelular.
  • Biofilmes são conjuntos de microrganismos. aderidos a uma superfície, que permanecem agregados e trocam nutrientes.
  • Alguns procariontes formam associações muito próximas com plantas, animais ou fungos. Estas associações podem ser de mutualismo (+/+), comensalismo (+/0), ou parasitismo (+/-)

Bactéria: um ser surpreendentemente interativo

Quando se diz bactéria, qual é a primeira palavra que vem à cabeça? Provavelmente não é cooperação. Contudo, as bactérias e outros procariontes (archaea) estão provando ser muito mais sociais e cooperativos, do que os cientistas imaginavam.
Algumas bactérias cooperam em grupos, dividindo as tarefas metabólicas e compartilhando os produtos. Outras formam associações cooperativas com um organismo hospedeiro (embora algumas formem associações neutras ou prejudiciais).
Neste artigo, veremos primeiro como as bactérias cooperam entre si formando grupos organizados (parecendo às vezes um ser “multicelular”). E veremos também, algumas formas de interação com outras espécies.

Cooperação e "multicelularidade" nas bactérias

As bactérias muitas vezes se beneficiam ao cooperarem umas com as outras. Essa cooperação pode ser livre ou coordenada ao ponto de começar a parecer muito, com a multicelularidade dos eucariotos!
Aqui há alguns exemplos de cooperação bacteriana – você pode julgar quanto elas realmente se assemelham à dos multicelulares ou não (uma questão atual e controversa em biologia).1,2^{1,2}

Mixobactérias

As mixobactérias são bactérias do solo que interagem para formar grupos coordenados (e até mesmo estruturas complexas com células especializadas). Quando a disponibilidade de recursos é grande, as mixobactérias formam grupos chamados agregados. Um agregado move-se de forma coordenada, alimentando-se através da secreção de enzimas digestivas no solo e posterior absorção do material digerido.3^3
Se os recursos se tornam escassos, as mixobactérias unem-se para formar estruturas com características multicelulares chamadas de corpos de frutificação (veja a imagem acima). No interior dos corpos de frutificação, as células amadurecem em estruturas semelhantes a esporos, chamadas de mixosporos. Cada mixosporo tem uma parede celular espessa que o capacita a sobreviver por um longo período de tempo. Quando há disponibilidade de recursos, os mixosporos germinam e um novo agregado é produzido.3^3

Cianobactérias filamentares

Cianobactérias do gênero *Anabaena** não se separam por si próprias, quando são produzidas por fissão binária (divisão celular bacteriana). Ao contrário, elas ficam juntas formando filamentos de células conectadas, como mostra a figura abaixo.
As células das cianobactérias possuem a capacidade, tanto de fazer fotossíntese, quanto de fixar nitrogênio. Contudo, uma única célula não consegue fazer as duas coisa ao mesmo tempo, porque o oxigênio liberado na fotossíntese bloqueia a fixação do nitrogênio (inibe as enzimas de fixação de nitrogênio).4^4
Para lidar com essa situação, quando a disponibilidade de nitrogênio no ambiente é pequena, algumas células na cadeia vão se tornar células chamadas de heterocistos. Os heterocistos são especializados em fixar nitrogênio, diferente das outras células na cadeia, que realizam a fotossíntese.5^5

Biofilmes

Um biofilme é um conjunto de microorganismos conectados a uma superfície, mantidos juntos por uma substância viscosa (principalmente carboidratos) que eles próprios secretam. Em muitos casos, os biofilmes se formam via detecção de quórum. Na detecção de quórum, as bactérias trocam sinais continuamente, o que permite que detectem a densidade populacional e alterem seu comportamento quando esta ultrapassa um certo limite.
Os biofilmes geralmente contém múltiplos tipos de bactérias e outros micro-organismos. Em alguns casos, os diferentes membros de um biofilme são metabolicamente complementares, com um produzindo moléculas que o outro pode usar. Biofilmes costumam ter canais permeáveis à água para troca de nutrientes e resíduos e alguns biólogos os comparam a um "sistema circulatório primitivo." 6^6
Provavelmente na natureza, a maioria das bactérias vive sobre superfícies, em vez de flutuarem livremente e os biofilmes estão literalmente em toda parte. Eles se formam nas superfícies das casas, tais como balcões de cozinha, tábuas de cortar, pias e banheiros. Até mesmo a placa raspada de seus dentes pelos dentistas é um biofilme!
Biofilmes geralmente chamam a atenção quando causam problemas. Biofilmes patogênicos (causadores de doenças), tal como o biofilme de Staphylococcus ilustrado acima, podem ser um problema sério em hospitais. São normalmente difíceis de eliminar com antibióticos, e podem causar infecções persistentes se contaminarem equipamentos médicos, tais como catéteres. Outros biofilmes corroem canos de metal e danificam equipamento industrial.
Alguns biofilmes, no entanto, têm aplicações benéficas. Por exemplo, biofilmes são usados em estações de tratamento de água para remover a matéria orgânica do esgoto.

Multicelular ou não?

No exemplo acima, as bactérias interagem cooperativamente. Até um certo grau, o comportamento social das células em um biofilme é análogo a cooperação de células em um organismo multicelular. Anabaena e myxobactéria são, na minha opinião pelo menos, ainda mais próximas de organismos multicelulares.
Alguns cientistas argumentam que estas bactérias cooperativas se qualificam como organismos multicelulares. Outros, contudo, dizem que procariontes não podem ser realmente multicelulares, e que estes são apenas grupos de indivíduos em cooperação (como formigas em um formigueiro, por exemplo). O júri ainda não se decidiu, portanto você pode ser o juiz!

Bactérias mutualistas, comensais e parasitas

Acabamos de ver alguns casos especiais em que bactérias interagem para formar associações organizadas (poderíamos dizer multicelulares?). Entretanto, muitos tipos de bactéria também formam relações próximas com espécies de eucariotos, como os humanos, geralmente vivendo dentro deles.
Três importantes tipos de interações ecológicas entre espécies são mutualismo, comensalismo e parasitismo. As bactérias podem participar nesses três tipos de interação. Na realidade, nós humanos encontramos muitas bactérias em cada uma dessas categorias!

Mutualismo

Algumas bactérias formam relação de mutualismo, uma relação mutualmente benéfica (+ / +) entre os dois organismos.
Por exemplo, bactérias Ruminococcus vivem no intestino de uma vaca e quebram a celulose, um carboidrato do capim, em uma forma utilizável para a vaca. Sem essas bactérias, as vacas não podem digerir o capim que elas comem! Em troca, as bactérias obtêm nutrientes e um lugar seguro para viver (intestino da vaca).7^ 7

Comensalismo

As bactérias também podem formar relações de comensalismo, em que uma parte se beneficia e a outra não é afetada (+/0).
Por exemplo, nós humanos temos milhões de bactérias vivendo em nossos corpos, muitas das quais acreditamentos que possuem uma relação de comensalismo conosco (por exemplo, alimentando-se de células mortas ou resíduos metabólicos). Contudo, muitas vezes essas relações são na verdade ligeiramente mutualistas ou parasitárias (veja abaixo) quando examinadas com cuidado.8^8

Parasitismo

O parasitismo é uma relação em que um organismo se beneficia e o outro é prejudicado (+/-). Bactérias parasitas são aquelas com as quais os seres humanos estão mais familiarizados, os quais dão às bactérias a sua má reputação como "bichos" desagradáveis
As bactérias que causam doenças em humanos usam recursos do corpo humano e também atacam o hospedeiro de outras formas, produzindo sintomas desagradáveis de infecção bacteriana.
Bactérias causadoras de doenças podem prejudicar seu hospedeiro de várias formas, como invadir tecidos, produzir toxinas ou causar estragos diretos nas células hospedeiras.9,10^{9,10} Algumas bactérias, como Toxoplasma gondii que causa toxoplasmose, entram diretamente no interior das células de seus hospedeiros.

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