O óxido nítrico (NO) é uma molécula fascinante e versátil, importante para todos os seres vivos, bem como para o meio ambiente. É altamente reativo e tóxico, os organismos o utilizam como molécula sinalizadora, destroem a camada de ozônio na atmosfera do nosso planeta e é o precursor do óxido nitroso (N2O). Além disso, o NO pode ter desempenhado um papel fundamental no surgimento e evolução da vida na Terra, já que estava disponível como um oxidante de alta energia muito antes de haver oxigênio.
Assim, apesar de sua toxicidade, faz todo o sentido que os micróbios usem NO para crescer. No entanto, as pesquisas sobre o assunto são escassas e, até o momento, os micróbios que crescem nele não foram cultivados. Isso agora mudou, conforme relatado por cientistas em torno de Paloma Garrido Amador e Boran Kartal do Instituto Max Planck de Microbiologia Marinha em Bremen, Alemanha, na revista Natureza Microbiologia. Eles conseguiram enriquecer duas espécies ainda desconhecidas de microorganismos que crescem em NO em biorreatores e revelam aspectos interessantes de seu estilo de vida.
Do tanque de águas residuais ao biorreator
O estudo começou com uma viagem à estação de tratamento de águas residuais de Bremen. “Recolhemos lama do tanque de desnitrificação”, conta Garrido Amador. “De volta ao nosso laboratório, adicionamos o lodo a um de nossos biorreatores e iniciamos a incubação alimentando-o com NO.” Os biorreatores são projetados e otimizados para cultivar microorganismos sob condições controladas, que imitam de perto seu ambiente natural. Esta configuração do biorreator foi muito desafiadora, no entanto, relata Garrido Amador, “Como o NO é tóxico, precisávamos de equipamentos especiais e tínhamos que ter muito cuidado ao manuseá-los para nossa própria segurança. No entanto, conseguimos manter as culturas crescendo por mais de quatro anos agora — e eles ainda estão felizes e saudáveis!”
Dois novos microrganismos
As condições de vida no biorreator favoreceram, portanto, microrganismos que poderiam sobreviver e crescer anaerobicamente com NO. “Eventualmente, duas espécies anteriormente desconhecidas acabaram por dominar a cultura”, diz Boran Kartal, líder do grupo do Grupo de Pesquisa em Fisiologia Microbiana do Instituto Max Planck em Bremen. “Nós os nomeamos Nitricoxidivorans perserverans e Nitricoxidireducens bremensis.” Garrido Amador acrescenta: “A partir de apenas dois microrganismos crescendo em NO, obtivemos informações valiosas sobre como microrganismos não-modelo, em particular os redutores de NO, crescem. Algumas de nossas observações nos mostraram que esses micróbios não estavam de acordo com a forma como os organismos modelo – organismos facilmente cultivados e, portanto, estudados extensivamente – se comportam e mostraram as limitações das previsões metabólicas baseadas apenas em análises genômicas”.
Importância no meio ambiente e aplicações para remoção de resíduos
“Atualmente, sabemos pouco sobre a contribuição dos microorganismos que crescem em NO para a ciclagem de nitrogênio em ambientes naturais e artificiais”, explica Kartal. “No entanto, podemos especular que esses microorganismos poderiam estar se alimentando de NO e N2O liberado por outros microorganismos enquanto remove o estresse nitrosativo e minimiza a emissão desses gases ativos climáticos para a atmosfera.”
Os microrganismos enriquecidos converteram NO em dinitrogênio (N2) de forma muito eficiente. “Praticamente não houve emissões de óxido nitroso de gás de efeito estufa”, acrescenta Kartal. Este último — a única produção de N2 — é particularmente relevante para aplicação: Muitos outros microorganismos convertem NO em óxido nitroso, que é um potente gás de efeito estufa. N2, em contraste, é inofensivo. Assim, cada molécula de NO que se transforma em N2 em vez de óxido nitroso é uma molécula a menos contribuindo para a mudança climática.
Em uma próxima etapa, os pesquisadores de Max Planck estão cultivando outros microrganismos que respiram NO usando amostras de ambientes naturais e artificiais. “O cultivo e enriquecimento de outros microrganismos que respiram NO ajudará a elucidar a evolução das vias de redução do N-óxido e as enzimas envolvidas. Também permitirá decifrar o papel do NO em processos conhecidos e ainda desconhecidos do ciclo do nitrogênio e sua importância nos ambientes naturais e de engenharia onde esses processos ocorrem.”, conclui Garrido Amador.