Pesquisadores descobrem a primeira alga capaz de fixar nitrogênio graças a uma minúscula organela celular
O "nitroplasto", uma organela celular recentemente descoberta em algas que converte o gás nitrogênio em uma forma útil para o crescimento das plantas, poderia abrir caminho para plantas geneticamente melhoradas que requerem menos fertilizantes.
Os pesquisadores descobriram um tipo de organela, uma estrutura fundamental dentro das células, que pode converter o gás nitrogênio em uma forma útil para o crescimento celular.
A descoberta da estrutura, chamada nitroplasto, nas algas poderá impulsionar os esforços para modificar geneticamente as plantas para converter ou “fixar” o seu próprio nitrogênio, o que poderá aumentar o rendimento das culturas e reduzir a necessidade de fertilizantes. O trabalho foi publicado na Science em 11 de abril de 2024.
“Os livros dizem que a fixação de nitrogênio só ocorre em bactérias e arqueas”, diz o ecologista oceânico Jonathan Zehr, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, coautor do estudo. Esta espécie de alga é o “primeiro eucarioto fixador de nitrogênio”, acrescenta, referindo-se ao grupo de organismos que inclui plantas e animais.
Em 2012, Zehr e seus colegas relataram que a alga marinha Braarudosphaera bigelowii interagiu estreitamente com uma bactéria chamada UCYN-A que parecia viver dentro ou sobre as células da alga. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que o UCYN-A converte o gás nitrogênio em compostos que as algas usam para crescer, como a amônia. Em troca, pensava-se que as bactérias obtinham das algas uma fonte de energia à base de carbono.
Mas no último estudo, Zehr e os seus colegas concluem que a UCYN-A deve ser classificada como organelas dentro das algas, e não como um organismo separado. De acordo com a análise genética de um estudo anterior, os ancestrais das algas e bactérias entraram numa relação simbiótica há cerca de 100 milhões de anos, diz Zehr. Isto eventualmente deu origem à organela nitroplasta, agora vista em B. bigelowii.
Os pesquisadores usam dois critérios principais para decidir se uma célula bacteriana se tornou uma organela de uma célula hospedeira. Em primeiro lugar, a estrutura celular em questão deve ser transmitida de geração em geração na célula hospedeira. Segundo, a estrutura deve depender das proteínas fornecidas pela célula hospedeira.
Ao visualizar dezenas de células de algas em vários estágios de divisão celular, a equipe descobriu que o nitroplasto se divide em dois pouco antes de toda a célula da alga se dividir. Dessa forma, um nitroplasto é transmitido da célula-mãe para sua prole, como ocorre com outras estruturas celulares.
Em seguida, os pesquisadores descobriram que o nitroplasto obtém as proteínas necessárias para crescer a partir da célula mais ampla da alga. O próprio nitroplasto, que representa mais de 8% do volume de cada célula hospedeira, carece de proteínas essenciais necessárias para a fotossíntese e a produção de material genético, diz Zehr. “Muitas destas proteínas (das algas) apenas preenchem essas lacunas no metabolismo”, diz ele.
A descoberta foi possível graças ao trabalho da autora do estudo, Kyoko Hagino, da Universidade de Kochi, no Japão, que passou cerca de uma década aperfeiçoando uma forma de cultivar algas em laboratório, permitindo que fossem estudadas com mais detalhes, diz Zehr.
“É bastante notável”, diz Siv Andersson, que estuda como as organelas evoluem na Universidade de Uppsala, na Suécia. “Eles realmente veem todas essas características que consideramos características das organelas”.
Plantas melhoradas
Compreender como o nitroplasto interage com a sua célula hospedeira poderia apoiar os esforços para desenvolver culturas que possam fixar o seu próprio nitrogênio, diz Zehr. Isto reduziria a necessidade de fertilizantes à base de azoto e evitaria alguns dos danos ambientais que causam. “Os truques necessários para fazer esse sistema funcionar poderiam ser usados na engenharia de plantas terrestres”, diz ele.
“O rendimento das culturas é muito limitado pela disponibilidade de azoto”, diz Eva Nowack, que estuda bactérias simbióticas na Universidade Heinrich Heine, em Düsseldorf, Alemanha. “Ter uma organela fixadora de nitrogênio em uma planta cultivada seria, obviamente, fantástico.” Mas introduzir essa capacidade nas plantas não será uma tarefa fácil, alerta. As células vegetais contendo o código genético dos nitroplastos teriam que ser projetadas de tal forma que os genes fossem transferidos de forma estável de geração em geração, por exemplo. “Essa seria a coisa mais difícil de fazer”, diz ele.
“É um prazer e muito impressionante ver este trabalho evoluir para o que é, sem dúvida, um passo importante para a compreensão”, diz Jeffrey Elhai, biólogo celular da Virginia Commonwealth University, em Richmond.
*Esta notícia foi escrita pela "ChileBio" e pode ser encontrada em seu idioma original através de: https://chilebio.cl/2024/04/17/descubren-las-primeras-algas-que-pueden-fijar-nitrogeno-gracias-a-un-organulo-celular-diminuto/
