As comunidades microbianas são especialmente ativas perto de infiltrações hidrotermais como as da Bacia de Guaymas, no Golfo da Califórnia. A equipe de pesquisadores vem trabalhando para entender essas comunidades há muitos anos. O material orgânico depositado na Bacia de Guaymas é cozido por fontes de calor de dentro da Terra, que o decompõe em petróleo bruto e gás natural. Seus componentes fornecem a fonte primária de energia para microorganismos em um ambiente hostil. Em seu último estudo, os pesquisadores demonstraram que as archaea usam um mecanismo previamente desconhecido para degradar alcanos líquidos de petróleo em altas temperaturas sem a presença de oxigênio.
Alcanos são compostos altamente estáveis de carbono e hidrogênio. Eles são componentes naturais do gás natural e do petróleo bruto. Este último é refinado por humanos em combustíveis como gasolina e querosene. Catástrofes ambientais ocorrem repetidamente devido a acidentes durante a extração de petróleo bruto. Um excelente exemplo foi o acidente na plataforma de perfuração Deepwater Horizon, que causou graves danos ambientais no Golfo do México devido aos efeitos tóxicos de compostos de petróleo bruto, como alcanos líquidos. Na presença de oxigênio, os microorganismos podem quebrar rapidamente muitos componentes do petróleo bruto, entre outros alcanos. Sem o oxigênio reativo, no entanto, a degradação é consideravelmente mais difícil. Organismos que podem realizar esta tarefa não foram pesquisados extensivamente. Nos últimos anos, no entanto, foram encontradas evidências de que as archaea são capazes de empregar um mecanismo surpreendente para fazer isso. Baseia-se em variantes recém-descobertas da enzima chave da metanogênese e degradação anaeróbica do metano, metil-coenzima M redutase (MCR). Os genes que codificam essas enzimas foram encontrados em muitas amostras ambientais. No entanto, ainda faltavam culturas laboratoriais dos micróbios que pudessem ilustrar a função dessas enzimas. É aqui que o estudo de laboratório de Hanna Zehnle e seus colegas se torna significativo.
A equipe usou sedimentos da Bacia Guaymas, com 2.000 metros de profundidade, no Golfo da Califórnia. As condições geológicas especiais que existem aqui incluem altas temperaturas, componentes líquidos do petróleo bruto e um ambiente anaeróbico em profundidades rasas de sedimentos, todos normalmente encontrados apenas em reservatórios de petróleo profundos, de difícil acesso para os cientistas.
Nos laboratórios de Bremen, os pesquisadores prepararam culturas com alcanos líquidos e permitiram que crescessem anaerobicamente, ou seja, sem oxigênio, em altas temperaturas (70 graus Celsius). “Depois de um tempo”, explica a primeira autora Hanna Zehnle, “o sulfeto se forma nas culturas. Isso fornece evidências de que eles são ativos”. A composição das culturas é estudada usando amostras de DNA e RNA. “Com esse método, podemos descobrir quais organismos vivem nesse sistema e quais vias metabólicas estão usando”, diz Zehnle. Estes incluem as reações químicas nas quais as substâncias são metabolizadas. Eles encontraram archaea do gênero Candidatus Alkanophaga nas culturas. Essas archaea usam variantes do MCR para quebrar os alcanos. Os pesquisadores verificaram isso pelos dados do transcriptoma, pela medição dos produtos enzimáticos e pela demonstração da inatividade das culturas quando a enzima foi inibida. Mas os organismos não são capazes de degradar o petróleo bruto sozinhos. A respiração, neste caso na forma de redução do sulfato (porque não há oxigênio), é realizada por bactérias do gênero Thermodesulfobacteriumque formam consórcios densos com as archaea.
A metanogênese é um dos processos metabólicos mais antigos conhecidos e faz parte do ciclo global do carbono. O estudo de laboratório de Hanna Zehnle e seus colegas mostra que as enzimas envolvidas nesse processo também podem utilizar hidrocarbonetos líquidos (e, portanto, tóxicos), o que destaca a relevância dessa via para o ciclo global do carbono.
“Graças às suas capacidades recém-descobertas, Alkanophaga e seus parentes estão atacando hidrocarbonetos em reservatórios de petróleo. O óleo restante torna-se cada vez mais sólido e, portanto, tende a permanecer no fundo do mar”, explica o autor correspondente Gunter Wegener. . Mas eles também dão uma contribuição importante para o fato de que as infiltrações naturais de óleo são raras.”
Este estudo faz parte da pesquisa dentro do Cluster de Excelência “The Ocean Floor – Earth’s Uncharted Interface”, que está alojado no MARUM. Entre outras áreas de pesquisa, estão sendo realizadas aqui investigações para determinar quais microorganismos e condições ambientais fornecem ao fundo do oceano as qualidades necessárias para funcionar como um reator que equilibra o ciclo do carbono da Terra desde tempos imemoriais. Questões relacionadas com o que vivem os organismos na biosfera profunda em faixas de temperatura mais altas é um dos temas centrais do Cluster.