O livro Microcosm

Capa do livro MicrocosmCarl Zimmer é talvez o meu blogueiro/escritor sobre ciência favorito hoje em dia. Eu já citei o blog dele em um post anterior sobre evolução biológica e lingüística. Ele acaba de lançar seu mais novo livro: Microcosm. Eu ainda não li, mas mal posso esperar. Um livro inteiro dedicado à bacteria que deu origem à palavra “coliforme“.

Em parte para promover o livro, Zimmer recebeu perguntas sobre a bactéria e escolheu 5 para responder em posts individuais. As perguntas, resumidamente foram:

Por que E. Coli é o organismo central, o mais estudado da microbiologia?

Porque se desenvolve rápido, é segura, suporta oxigênio, transfere DNA de forma sexuada (o que torna fácil extrair esse DNA para estudo), e porque é o organismo mais estudado da microbiologia, ou seja, efeitos de rede.

Porque algumas E. Coli são boas e outras são ruins?

Todos nos carregamos E. Coli nos intestinos, desde quando somos bebês. Algumas são perigosas, como a linhagem E. coli O157:H7, que causou diversas mortes nos EUA recentemente ou a Shigella, que é na verdade um tipo de E. Coli. Mas outras até mesmo protegem nosso organismo contra infecções.

Desde quando as E. Coli são sexy?

E. Coli trocam material genético através de diversas formas (uma delas é o uso dos chamados pilli F, onde “F” viria do inglês “Fertility”). Essa troca de material genético é estudada porque ela dá indicações sobre a resposta à pergunta: porque existe o sexo.

O que E. Coli pode dizer sobre Criacionismo?

E. Coli é uma bactéria favorita de criacionistas (junto com a segunda lei da termodinâmica), porque seria evidência da impossibilidade da evolução já que o flagelo é tão complexo que só pode ter sido projetado e não poderia ter evoluído uma vez que a evolução exige a existência de passos anteriores em que determinada estrutura não está completa e mesmo assim é útil. Acontece que existem estudos exatamente sobre como essa evolução poderia ter acontecido, e evidências de que existem sim organismos com partes de flagelos que ainda assim tem função como é o caso da bactéria Buchnera, o que desmonta o argumento de que somente um projeto pronto poderia levar a flagelos. Veja um post sobre a discussão e aqui, um argumento (falacioso) em favor da chamada complexidade irredutível.

Qual o seu truque favorito com E. Coli?

Como o microorganismo mais hackeado da biologia, existe muito que foi feito com as E. Coli: produção de insulina, produção de combustível para jatos, e muito mais. Mas Carl Zimmer escolheu como hack favorito: a camera E. coli. Um método para gravar imagens através do uso do metabolismo de bactérias modificadas para ter sensibilidade à luz. A imagem abaixo mostra um auto-retrato, imagem ampliada de E. Coli feito com uma lâmina de E. Coli.

Auto-retrato: Estudante de biologia Jeff Tabor segurando uma lâmina com uma foto de uma E. Colli ampliada, feita com E. Colli.

Levedura e lingüística

Loom - LeveduraCarl Zimmer escreve em seu blog um elogio à levedura. Nesse artigo, ele comenta sobre como, apesar de sem graça, esses microorganismos são muito estutados, e podem trazer luz a muitas questões interessantes sobre biologia e sobre a evolução, o que os torna muito importantes para a área de Evo-Devo, ou Evolução do Desenvolvimento.

Galactose. No artigo, a questão é o mecanismo bioquímico de digestão da galactose. Descobriu-se que a levedura desenvolveu um mecanismo sofisticado, a partir do mecanismo mais simples de antecessores, quando houve uma duplicação do material genético devido a um erro de cópia. Antes da duplicação, as proteínas relacionadas a esse mecanismo eram todas essenciais e não podiam mudar muito sem comprometer a viabilidade dos indivíduos. Com a duplicação surgiu uma cópia do material genético que não era mais fundamental e que, por isso, podia sofrer evolução e um mecanismo mais sofisticado pôde surgir ao longo do tempo. A eficiência do controle da digestão da galactose aumentou em centenas de vezes quando uma cópia de uma proteína passou a atuar, com algumas mudanças, de forma mais eficiente em outra atividade. As leveduras que possuiam esse mecanismo suplantaram as leveduras desprovidas desse mecanismo rapidamente.

VWXYNOT? Comentando o artigo, VWXYNot? menciona dois posts seus, um pouco mais áridos. Em um deles, ela dá mais dados sobre a duplicação, que teria acontecido entre 100 e 200 milhões de anos atrás e cita pesquisas que utilizam essa duplicação para estudar complexos de proteínas interrelacionadas. No outro, ela fala sobre o estudo das regiões sem genes do código genético e na taxa de mudança nessas regiões.

Linguística. Ao ler esse artigo, eu lembrei de um outro recente, em uma área completamente diferente: a lingüística. Sabe-se que regiões do código genético responsáveis pela geração de proteínas vitais ou pela expressão de genes vitais tendem a ter muito menos alterações que regiões pouco importantes para a sobrevivência do organismo. Na revista Nature deste mês um artigo de Mark Pagel, Quentin D. Atkinson e Andrew Meade descreve o mesmo efeito em línguas, notando que palavras muito utilizadas possuem muito menos variação entre línguas de mesma origem que palavras pouco utilizadas. Assim, a palavra “cauda” é “tail” em inglês, “schwanz” em alemão e “queue” em francês, ou seja, completamente diferentes umas das outras, mas a palavra para “dois” é razoavelmente parecida em todas essas línguas, simplesmente por ser mais vital, e portanto menos sujeita a mudanças.

Abaixo o Ciclo de Krebbs. Para encerrar, um artigo da New Scientist fala sobre leveduras também, explicando como as leveduras puderam deixar de lado a respiração aeróbica, que produz muito mais energia (36 ATPs), em troca da produção de álcool (2 ATPs). Leveduras conseguem utilizar oxigênio, mas produzem álcool assim mesmo, ao contrário de alguns organismos aparentados. Isso parece difícil de entender. A produção de álcool precisaria ter uma vantagem competitiva para justificar um comportamento tão estranho. A resposta, o artigo explica, é que a famosa e já citada duplicação de genes permitiu alterações no mecanismo de controle da respiração, e o surgimento de enzimas que permitiam à levedura se alimentar de álcool, com o uso de oxigênio.
Surgiu, então o processo pelo qual a levedura produz álcool a partir do açúcar, gerando pouca energia. O álcool mata microorganismos competidores, o que permite à levedura ficar praticamente sozinha. Posteriormente, quando os açúcares acabam e só existe álcool, ela consome esse álcool, usando oxigênio e produzindo gás carbônico. Por esse motivo, o processo de fermentação para produção de bebidas deve ser interrompido antes que a levedura comece a consumir o álcool de forma significativa. Para isso, recomenda-se beber o líquido antes que isso aconteça, ou manter a bebida dentro de um recipiente selado, sem oxigênio, o que impede o consumo do álcool pela levedura, e permite que a bebida se conserve por décadas.