Cientistas documentam a primeira organela que pode “consertar” nitrogênio

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, confirmaram a evolução de uma cianobactéria unicelular em uma organela fixadora de nitrogênio dentro das algas marinhas, as Braarudosphaera bigelowii (B. bigelowii).

O que é um endossimbionte?

Um endossimbionte é um organismo que vive dentro de outro organismo e permanece lá dentro sem ser incomodado pela célula hospedeira, se o endossimbionte e o hospedeiro compartilharem uma relação mutuamente benéfica. Um endossimbionte é derivado do processo denominado endocitose, por meio do qual a célula hospedeira engole material externo ou outro organismo e o empacota à medida que entra em sua membrana externa.

Um endossimbionte bem conhecido é a mitocôndria ou a "central de força da célula", que produz ATP (trifosfato de adenosina), uma molécula que alimenta a atividade celular. A Teoria Endossimbiótica proposta por Lynn Margulis sustenta que as mitocôndrias evoluíram a partir de bactérias absorvidas pelas primeiras células eucarióticas.

Estas bactérias criaram uma relação simbiótica, trocando energia através da respiração. As semelhanças com as bactérias são evidentes, assim como a membrana dupla das mitocôndrias, que se assemelha às paredes das células bacterianas. A teoria endossimbiótica é uma das possíveis teorias para a origem e evolução das mitocôndrias, que ainda é muito debatida. A inovação mitocondrial deu origem às células que formam os animais, fungos e plantas que vemos hoje.

A primeira organela fixadora de nitrogênio documentada

As organelas dentro de uma célula são semelhantes aos órgãos do corpo humano. São estruturas que exercem funções específicas que permitem o funcionamento de uma célula ou corpo.

Os pesquisadores estudaram a cianobactéria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A), que há muito se acredita ter evoluído para uma organela fixadora de nitrogênio (denominada nitroplasto) dentro da alga unicelular B. bigelowii.

A equipe utilizou uma técnica laboratorial chamada tomografia de raios-X suave, para observar a divisão celular das algas. A célula da alga se dividiu em conjunto com a UCYN-A. Cada célula filha resultante herdou uma única UCYN-A. Embora não exista uma descrição padrão de uma organela, a divisão concertada e a importação de proteínas são reconhecidas como componentes críticos. A UCYN-A atende a esses critérios, conquistando seu lugar como organela ao lado das mitocôndrias.

Em vez de serem produzidas internamente, aproximadamente metade das proteínas da UCYN-A são derivadas da alga hospedeira. Estas proteínas exógenas auxiliam a UCYN-A na fixação de nitrogênio, aumentando potencialmente sua eficácia. Além disso, existe um mecanismo específico de transferência de proteínas para UCYN-A, semelhante a outras organelas, identificado por uma “etiqueta de endereço”.

A necessidade de culturas fixadoras de nitrogênio

Os fertilizantes de nitrogênio aumentam as emissões globais de gases de efeito estufa e representam extrema pressão financeira sobre os agricultores. É necessário desenvolver culturas agrícolas que fixem o nitrogênio por si próprias, não dependendo de outras plantas como as leguminosas.

Embora os nitroplastos como o UCYN-A não sejam ideais para este fim, os pesquisadores propõem que as cianobactérias nas fases iniciais dos nitroplastos (não necessitando de proteínas importadas) poderiam ser mais facilmente integradas nas plantas cultivadas. Estudos adicionais da B. bigelowii podem ajudar a comunidade científica a entender como introduzir a fixação de nitrogênio nas células vegetais.

Referência da notícia:

Coale, T. H. et al. Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science, v. 384, n. 6692, 2024.