Microrganismos inéditos no microbioma intestinal de animais do planalto Qinghai-Tibete

O que começa como uma rotina de trabalho em nome da ecologia acaba virando um impacto científico: no intestino e nas fezes de iaques, antílopes, cavalos e outros herbívoros do Planalto Qinghai-Tibete aparecem microrganismos que não constam em nenhuma base de dados. São milhares deles.

Como amostras de fezes do planalto estão mexendo com a microbiologia

O Planalto Qinghai-Tibete é conhecido como o “teto do mundo”. Frio extremo, ar rarefeito e pouca vegetação - e é justamente ali que uma equipe de pesquisa reuniu, ao longo de anos, mais de 5.000 amostras de fezes de seis grandes herbívoros: iaque, ovelha tibetana, antílope, boi, cavalo e o quiong, um asno selvagem.

Para o estudo agora analisado, especialistas da BGI-Research e da Universidade de Yunnan usaram inicialmente 1.412 amostras coletadas recentemente. Eles sequenciaram o material genético dos microrganismos presentes e, para surpresa geral, constataram que cerca de 88 por cento das espécies microbianas detectadas eram até então completamente desconhecidas.

Os pesquisadores se deparam com um “micro-universo” até então invisível no intestino dos animais de altitude - uma espécie de laboratório oculto da natureza.

Essa imensa base de dados oferece, pela primeira vez, uma visão sistemática do microbioma intestinal desses mamíferos de alta montanha. Muitos dos microrganismos encontrados aparentemente vivem somente em condições extremas: temperaturas gélidas, ar com pouco oxigênio e uma alimentação composta por gramíneas duras e ricas em fibras.

Por que os novos microrganismos passaram a interessar a patentes e alta tecnologia

Os dados não são um tesouro apenas para ecologistas; eles também já viraram uma questão política. Quem encontra novos genes, enzimas ou vias metabólicas, em caso de disputa, pode reivindicar patentes e, com isso, obter influência econômica. É exatamente a isso que os cientistas envolvidos se referem: as funções genéticas nesses microrganismos podem se transformar em “ativos” patenteáveis na corrida global por recursos biotecnológicos.

Muitos desses microrganismos carregam genes que, ao que tudo indica, podem ser aproveitados - da engenharia genética à indústria farmacêutica. Justamente por estarem adaptados a condições extremas, suas proteínas podem atuar de forma mais estável, mais eficiente ou mais robusta do que variantes conhecidas vindas de linhagens de laboratório.

• Microrganismos vivem em ar gelado e rarefeito - suas enzimas funcionam também em baixas temperaturas.
• Eles digerem plantas extremamente fibrosas, que seriam indigeríveis para muitos outros animais.
• O planalto é de difícil acesso, o que manteve por muito tempo as comunidades biológicas estudadas protegidas de interferências da indústria.

Microbioma intestinal dos animais do planalto Qinghai-Tibete: enzimas novas para a engenharia genética

Uma pista especialmente sensível leva à engenharia genética. Nos genes recém-identificados, aparentemente existem enzimas que podem funcionar de maneira semelhante aos conhecidos sistemas CRISPR-Cas. Hoje, o CRISPR é a ferramenta número um para cortar e reescrever o DNA com precisão.

A esperança é que, entre as espécies microbianas ainda não descritas, existam variantes que trabalhem de modo mais estável, atuem em outras faixas de temperatura ou reconheçam sequências de DNA com ainda mais precisão. Isso abriria espaço para novas aplicações, por exemplo:

• terapias gênicas mais brandas em humanos, porque a ferramenta cortaria com mais precisão
• melhoramento de plantas mais resistente, por exemplo para regiões de seca
• linhagens microbianas industriais mais fáceis de otimizar e com maior exatidão

As amostras de fezes de iaques e companhia podem render a próxima geração de tesouras genéticas - longe de laboratórios assépticos de alta tecnologia, no meio do clima de montanha.

Tesouros médicos: novas moléculas contra microrganismos e doenças

A diversidade de microrganismos tem ainda uma segunda face: muitos produzem moléculas com as quais se defendem de bactérias concorrentes, vírus ou fungos. Foi assim que, no passado, pesquisadores descobriram novos antibióticos repetidas vezes - por exemplo, a partir de bactérias do solo ou de microrganismos marinhos.

Agora, os herbívoros de altitude entram no radar. O estudo indica que suas comunidades intestinais abrigam inúmeros produtos metabólicos até então desconhecidos. Entre eles, podem estar:

• novos compostos antimicrobianos contra microrganismos resistentes
• substâncias que regulam o sistema imunológico
• componentes para futuras terapias contra câncer ou doenças autoimunes

Diante da crise mundial de resistência aos antibióticos, muitas empresas farmacêuticas voltam seu olhar para ambientes extremos. Neles, os microrganismos costumam desenvolver estratégias particularmente originais para sobreviver - e, com isso, também substâncias incomuns.

Microrganismos contra o metano: como as fezes bovinas poderiam aliviar o clima

Além da engenharia genética e da medicina, o estudo tem um lado muito atual: a proteção climática. Ruminantes liberam grandes quantidades de metano, um gás de efeito estufa muito potente. Parte disso se forma no intestino, quando microrganismos fermentam as fibras vegetais.

No âmbito do projeto, a equipe identificou duas espécies bacterianas até então desconhecidas que, em ensaio de laboratório, reduziram de forma significativa a produção de metano. Em fermentadores com um ambiente artificial de rúmen, os recipientes com essas bactérias liberaram muito menos metano do que os recipientes de controle.

Se a transferência para animais vivos der certo, culturas microbianas iniciais especiais poderão reduzir de forma perceptível a pegada de metano de bois, ovelhas e iaques.

Em paralelo, os pesquisadores verificam se é possível adaptar a ração ou as vacinas para que esses microrganismos “favoráveis ao clima” consigam se estabelecer de forma duradoura no intestino dos animais. Entre as possibilidades estão, por exemplo:

• misturas de ração com culturas bacterianas adicionadas
• cápsulas bolus probióticas que liberam microrganismos lentamente no estômago
• vacinas microbianas que estimulem de forma direcionada certas comunidades intestinais

Superdigestores para fábricas de papel e indústria têxtil

Os herbívoros do planalto se alimentam de gramíneas, arbustos e musgos resistentes. O intestino deles funciona como um biorreator para a decomposição da celulose - a substância que forma as fibras vegetais. Assim, nas fezes desses animais atuam inúmeras enzimas que fragmentam madeira e palha com alta eficiência.

É justamente esse conjunto de enzimas que pode, no futuro, aliviar a indústria. O estudo menciona os primeiros testes com esses microrganismos ou com suas enzimas purificadas em processos como:

• fabricação de papel, para um preparo de fibras mais suave
• indústria têxtil, para tratar ou reciclar fibras naturais
• usinas de biogás, para extrair mais energia de palha e resíduos vegetais

Matéria-prima	Papel dos microrganismos de altitude	Possível aplicação
Resíduos de madeira e papel	Quebra rápida da celulose	Processos de reciclagem de papel e papelão mais eficientes
Palha e restos de colheita	Degradação em açúcares	Produção de biogás, bioetanol
Algodão e fibras naturais	Soltura direcionada das fibras	Tecidos mais macios, menor uso de produtos químicos

O que significam termos como “microbioma” e “CRISPR”

Para muita gente, esses termos soam como jargão de laboratório, mas podem ser entendidos com alguma facilidade. “Microbioma” descreve o conjunto total de bactérias, fungos e vírus que vive em um organismo ou em um determinado local. No intestino humano, por exemplo, eles ajudam a controlar a digestão, o sistema imunológico e até o metabolismo.

Já o CRISPR-Cas vem originalmente de bactérias, que usam esse sistema para se defender de vírus. Hoje, os pesquisadores empregam esse mecanismo como uma espécie de tesoura programável: conduzem as enzimas com um tipo de “etiqueta de endereço” até um ponto escolhido do material genético e fazem o corte ali.

Se a equipe do Planalto Qinghai-Tibete encontrar agora novos sistemas parecidos, isso não significa que terapias chegarão ao mercado já amanhã. Mas a gama de possibilidades cresce. Algumas variantes funcionam em temperaturas altas, outras em temperaturas baixas ou em ambientes salinos - um kit de ferramentas ideal para diferentes usos.

O que essas descobertas podem significar para a agricultura e o cotidiano

Apesar do número impressionante de novas espécies, a pesquisa ainda está em uma fase relativamente inicial. Mesmo assim, dá para imaginar cenários que afetariam diretamente o cotidiano. Em dez ou vinte anos, produtores poderiam dar aos seus rebanhos uma ração com microrganismos do planalto tibetano e, com isso, reduzir a emissão de metano.

Os consumidores quase não notariam nada, talvez a não ser por um novo selo em leite ou carne indicando uma pegada climática menor. Ao mesmo tempo, fabricantes de papel e têxteis poderiam divulgar que, graças a enzimas especiais, consomem menos energia e menos substâncias químicas.

Claro que permanecem riscos: se novos microrganismos forem inseridos em ecossistemas estranhos, eles podem alterar equilíbrios locais. Por isso, os cientistas precisam examinar com atenção o grau de estabilidade e controle dessas aplicações. Também surgem questões éticas sobre direitos de patente em recursos genéticos quando um único país ou empresa controla o acesso a certos microrganismos.

Mesmo com essas dúvidas em aberto, a análise das amostras congeladas de fezes mostra algo claro: a maior parte da diversidade microbiana do planeta ainda está muito pouco descrita. Cada novo conjunto de dados, seja do planalto, das profundezas do mar ou do nosso próprio intestino, muda a forma como enxergamos saúde, clima e tecnologia - e, às vezes, o próximo grande avanço está literalmente no esterco.