Trabalho pioneiro apresenta cerca de 3,7 milhões de genes microbianos e fornece informações para estudos ecológicos, evolutivos e prospecção de genes de interesse biotecnológico

SÃO CARLOS/SP - Uma pesquisa desenvolvida em parceria entre a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e o Institut de Ciències del Mar (ICM) do Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de Barcelona, na Espanha, caracterizou o conteúdo gênico da microbiota do Rio Amazonas e usou essas informações para entender como a matéria orgânica terrestre é processada no Rio à medida que deságua no oceano. Isso foi realizado a partir de um conjunto de 106 metagenomas do Rio Amazonas, que cobrem mais de 2 mil quilômetros de seu curso, incluindo a região da pluma, que deságua no oceano Atlântico. O levantamento deu origem ao maior Catálogo de Genes Microbianos Não Redundantes da Bacia do Rio Amazonas (AMnrGC), com cerca de 3,7 milhões de genes, a maioria deles pertencente a bactérias. 
Os resultados foram publicados na revista científica Microbiome, uma das mais importantes da área (com Fator de Impacto de 11,6). O catálogo inclui, por exemplo, sequências para enzimas que podem ser utilizadas para a produção de etanol de segunda geração, uma delas já estudada pelo grupo. "Há milhares delas disponíveis no catálogo. Também genes de resistência a antibióticos, codificadores de enzimas para uso industrial etc. Uma infinidade de informações", comenta Flavio Henrique Silva, docente do Departamento de Genética e Evolução (DGE) da UFSCar, um dos coautores do estudo. O artigo é fruto da pesquisa de doutorado de Célio Dias Santos-Júnior - primeiro autor do artigo -, no Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva (PPGGEv) da UFSCar, sob orientação de Henrique Silva, desenvolvido entre 2016 e 2019, com período na Espanha.
O trabalho é pioneiro e fornece grande número de informações para estudos ecológicos, evolutivos e prospecção de genes de interesse biotecnológico. "Os genes microbianos estudados pertencem a organismos microscópicos, principalmente bactérias e archaeas. No trabalho, especificamente, foram estudados mais profundamente os de bactérias", explica o docente. O público de interesse envolve microbiologistas, bioquímicos, biologistas moleculares, biotecnologistas, geneticistas, ecologistas, geoquímicos, químicos etc.
Os genes catalogados têm diversas aplicações biotecnológicas, pois podem ser usados para produzir biocombustíveis, produtos antimicrobianos e até agentes anticâncer. O catálogo também inclui genes que podem ser úteis para o desenvolvimento de tecnologias relacionadas à reciclagem. Finalmente, o AMnrGC deve ajudar a entender como os microrganismos tratam metais pesados, armazenam carbono ou sequestram íons, o que é de interesse da biotecnologia.
A ideia de elaborar o catálogo surgiu como "uma continuidade dos estudos de diversidade microbiana que fizemos no Amazonas e dos sequenciamentos de DNA em larga-escala que lá realizamos", afirma o professor da UFSCar. "Nós obtivemos um grande número de informações que, junto a outras já disponíveis em bancos de dados, poderiam ser reunidas em um grande catálogo contendo um número enorme de genes. Essas sequências de DNA eram apenas disponíveis, mas os genes ainda não eram organizados e catalogados - ou 'anotados', como se diz na linguagem científica. Eles ainda não tinham função atribuída, nem eram relacionados com rotas metabólicas específicas, como foi feito em nosso trabalho", conta Henrique Silva. 
"Esse estudo também é importante para as ações de conservação, pois conhecer a microbiota do Rio é o primeiro passo para entender se ele está ameaçado pelas mudanças climáticas, bem como para traçar estratégias e informar os responsáveis pela formulação de políticas hídricas e de conservação ", sublinha Santos-Júnior. Para ele, "conhecer o microbioma do Rio Amazonas permite compreender processos universais como a degradação da matéria orgânica gerada no solo, explicando outros fenômenos importantes como a desgaseificação que se observa no Rio".
Após o processamento dos dados genéticos, os autores perceberam que micróbios do Rio Amazonas são capazes de degradar a matéria orgânica terrestre em regiões com baixas concentrações de oxigênio, temperatura e carbono inorgânico dissolvido. Outra conclusão do estudo é que a degradação da matéria orgânica derivada das plantas ocorre de forma diferenciada ao longo do Rio, o que permitiu aos cientistas identificar as principais famílias de enzimas envolvidas nesse processo em diferentes trechos. Essas enzimas foram utilizadas para entender as rotas pelas quais a matéria orgânica é degradada e as espécies microbianas que realizam esses processos no Rio Amazonas.

Pesquisas futuras
De acordo com o docente da UFSCar, as pesquisas futuras se concentrarão no estudo dessas enzimas, pois podem ter propriedades úteis para indústrias como as de papel e celulose e etanol de segunda geração. O especialista trabalha com enzimas específicas para a degradação da celulose proveniente dos metagenomas do Rio Amazonas e, em sua opinião, os resultados são promissores, pois apresentam maior resistência à inibição por seus produtos finais, o que é de interesse para as indústrias de biocombustíveis de segunda geração.
"Nosso trabalho é um primeiro passo, e abre caminho para pesquisas futuras mais ambiciosas com o objetivo de compreender a expressão dos genes do microbioma do Rio Amazonas envolvidos na degradação da matéria orgânica terrestre e a estrutura das proteínas correspondentes. Nos permitirá entender melhor como parte do carbono orgânico sintetizado na floresta tropical pelas plantas é transferida por microbiomas aquáticos para finalmente ser liberada na atmosfera na forma de gás carbônico", finaliza o pesquisador do ICM, Ramiro Logares, que foi coorientador de Santos-Junior e, juntamente com Henrique Silva, é autor do trabalho.

Artigo
O trabalho foi financiado pela Petrobrás, em convênio de pesquisa com a UFSCar, no âmbito de projeto de extensão do Laboratório de Biologia Molecular, coordenado pelo professor Flavio Henrique Silva, além de financiamento pelos projetos Interactomics, do Ministerio de Economía y Competitividad (Mineco), da Espanha, do projeto MicroEcoSystems, da Research Council of Norway (RCN), da Noruega, e da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
Além de Santos-Junior, Henrique Silva e Logares, o artigo "Descobrindo o potencial genômico do microbioma do Rio Amazonas para degradar a matéria orgânica da floresta tropical", publicado na Microbiome, tem como autores Hugo Sarmento, professor do Departamento de Hidrobiologia (DHb) da UFSCar, e Fernando Pellon de Miranda, da Petrobras.
O trabalho é de acesso aberto e está disponível na íntegra em https://bit.ly/2Uw2clv. Mais informações também estão disponíveis no site do ICM-CSIC, em https://bit.ly/35A4F4T.