Um novo estudo revela o importante papel das vesículas extracelulares na transferência lateral de genes entre microrganismos marinhos. Esta descoberta desafia as visões existentes sobre os mecanismos de troca genética e propõe um novo termo "DNA extracelular protegido" (peDNA) para cobrir uma variedade de vetores genéticos que não sejam vírus, apontando novas direções para pesquisas futuras em vários ecossistemas.
As vesículas extracelulares contribuem muito mais para a transferência lateral de genes no oceano do que se pensava anteriormente.
O oceano está repleto de microrganismos que se envolvem numa troca dinâmica de material genético. Este processo, conhecido como transferência horizontal de genes (HGT), desempenha um papel fundamental na evolução de numerosas espécies e é um fator chave na propagação da resistência bacteriana. Tradicionalmente, pensava-se que esta troca genética ocorria principalmente através do contacto celular direto, ADN flutuante ou vírus.
Um estudo liderado por Suzanne Erdmann, do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha, em Bremen, mostra agora que as chamadas vesículas extracelulares também são importantes para a transferência de informação genética no oceano e, portanto, para a vida dos seus mais pequenos habitantes.
Vírus, GTA, EV: pequenos, mas numerosos
A maioria dos vírus são minúsculos. Até 10 milhões de vírus podem ser encontrados em cada gota de água do mar. Eles não apenas empacotam seu próprio material genético (genoma), mas também entregam partes do DNA do hospedeiro (ou seja, o DNA do organismo que infectam) em outras células.
Estudar vírus é extremamente desafiador. As amostras de água do mar devem ser filtradas através de um filtro com poro de apenas 0,2 mícron (cerca de 300 vezes menor que a espessura de um fio de cabelo humano) para separar vírus e células. Além dos vírus, essas amostras filtradas também contêm os chamados agentes de transferência de genes (GTAs) e vesículas extracelulares (EVs).
Para o estudo, pesquisadores do Instituto Max Planck em Bremen também coletaram amostras de água perto da ilha de Helgoland, no Mar do Norte. Fonte da imagem: SilviaVidal/Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha
GTAs são partículas semelhantes a vírus que encapsulam especificamente o DNA do hospedeiro, e EVs são pequenas vesículas envoltas por membranas que se desprendem da superfície da célula hospedeira. Esses EVs podem conter uma variedade de moléculas. Além de enzimas, nutrientes e RNA, muitas vezes transportam fragmentos de DNA.
Erdmann e a sua equipa demonstraram agora que, contrariamente às suposições anteriores, existe uma quantidade significativa de ADN hospedeiro em amostras de água do mar filtrada que não é transportada pelo vírus. Provar isso é extremamente complexo. "Após o sequenciamento (ou seja, a leitura do DNA hospedeiro), não conseguimos mais discernir como ele entrou em nossas amostras. Mas não há assinaturas que atribuam a sequência a um mecanismo de transporte específico", explica Edmann, chefe do Grupo de Pesquisa Max Planck para Virologia Arqueológica no Instituto Max Planck em Bremen.
Para resolver esse problema, os pesquisadores usaram um truque. Na primeira etapa, eles atribuíram cada sequência de DNA ao hospedeiro de onde ela veio originalmente. Eles então determinaram, sempre que possível, o mecanismo de transporte primário para cada host – isto é, através de vírus, GTAs ou EVs. Desta forma, eles foram capazes de atribuir um mecanismo de transporte potencial a uma sequência específica de DNA.
“Os resultados foram surpreendentes: aparentemente, uma grande parte do DNA foi transportada não por vias convencionais, mas por vesículas extracelulares”, disse Edelman.
Não apenas desperdício
"As vesículas extracelulares têm sido consideradas resíduos celulares. Somente nos últimos 15 anos os cientistas conseguiram demonstrar suas diversas funções para as células. Nosso estudo destaca claramente o papel fundamental que as vesículas extracelulares desempenham na troca de material genético entre as células, "explica Dominik Lücking, estudante de doutorado no grupo de pesquisa de Edman e primeiro autor do estudo, que foi agora publicado na revista ISME Communications.
Portanto, os autores recomendam uma mudança na terminologia. “Tradicionalmente, quando o DNA é extraído e sequenciado da fração de 0,2 mícron, falamos sobre o viroma, o metagenoma rico em vírus”, disse Lücking. "No entanto, desta forma ignoramos a diversidade de outras partículas não semelhantes a vírus nesta fração, como EVs. Portanto, propomos chamar esta fração de 'DNA extracelular protegido', ou peDNA."
A pesquisa aqui apresentada estabelece as bases para futuras pesquisas de peDNA no oceano e em todos os outros ecossistemas. “A nova nomenclatura nos permitirá falar mais claramente sobre mecanismos e processos que não são abrangidos pelo termo virião”, afirma Erdmann.
Estudos futuros poderiam usar este estudo como um guia para avaliar o papel das vesículas extracelulares em outros ambientes, como o solo, os sistemas de água doce ou o intestino humano. “Dado o importante papel da transferência lateral de genes em muitos ecossistemas, temos certeza de que ainda haverá muitas mais surpresas pelo caminho”.