As esponjas-do-mar orientaram grande parte do que os cientistas de recifes chamam de descoberta de fármacos marinhos. A química que elas geram é fora do comum, diversa e muito bem registada.
Outros organismos de recifes que conseguimos ver a olho nu ficaram bem mais abaixo nessa lista. Os corais construtores de recifes, por exemplo, quase não apareciam.
Um estudo recente, ao catalogar os genomas de centenas de microrganismos que vivem associados a esses corais, mostrou por que ignorá-los foi um erro.
Contando o invisível
As amostras vieram de uma expedição pelo oceano Pacífico que terminou em 2018. A bordo de uma escuna chamada Tara, a equipa recolheu mais de 800 fragmentos de coral em recifes distribuídos por cerca de 30 ilhas.
Shinichi Sunagawa, ecólogo microbiano da ETH Zurich, coordenou o grupo que transformou esses fragmentos num conjunto de genomas microbianos.
A análise revelou 645 espécies de microrganismos - bactérias e organismos unicelulares antigos conhecidos como arqueias. Todas viviam sobre ou dentro de três grupos de corais construtores de recifes.
Mais de 99% dessas espécies nunca tinham sido registadas em qualquer base de dados de genomas. Segundo Sunagawa, tratava-se, na prática, de formas de vida ainda desconhecidas para a ciência.
Um arranjo específico do hospedeiro
Os investigadores testaram a hipótese de que esses microrganismos teriam vindo à deriva a partir da água do mar aberta. Não era o caso.
Ao comparar as amostras de coral com água do mar recolhida a distâncias cada vez maiores, a equipa observou que o microbioma do coral praticamente desaparecia a pouco mais de 1 metro do hospedeiro.
Mesmo dentro do mesmo recife, corais diferentes abrigavam comunidades distintas. Entre os três grupos de coral analisados, 95% das espécies microbianas apareciam apenas num único tipo de hospedeiro.
O padrão lembra a forma como micróbios da pele e do intestino humanos permanecem associados a locais corporais específicos. Esse arranjo dependente do hospedeiro foi descrito numa revisão recente.
Uma farmácia no muco
Esses microrganismos não estão ali apenas a viver passivamente. Para se protegerem de agentes patogénicos, predadores e competidores num ecossistema lotado, tudo indica que produzem substâncias químicas.
Muitas delas são pequenas moléculas do tipo que a indústria farmacêutica investe fortunas a tentar criar.
A equipa vasculhou cada genoma à procura de instruções genéticas que microrganismos marinhos usam para montar esses compostos.
Os microrganismos de recifes apresentaram mais “receitas” desse tipo por espécie do que o grupo tinha encontrado num estudo anterior realizado no oceano aberto.
Cerca de 64% desses projetos genéticos nunca tinham sido descritos.
Não se trata de pequenas alterações de compostos já disponíveis numa prateleira de laboratório. São instruções para uma química que ainda não foi construída.
Corais-de-fogo chamaram atenção
Os corais-de-fogo - assim chamados pela ferroada dolorosa que causam a nadadores que encostam neles - não eram candidatos óbvios a dominar esta análise.
Grande parte da investigação em recifes, tradicionalmente, concentrou-se nos corais pétreos, os principais construtores de recifes.
Ainda assim, os corais-de-fogo acabaram por hospedar o microbioma mais rico entre os três grupos.
Por espécie, os seus microrganismos tinham quase o dobro de agrupamentos genéticos ligados à produção de químicos quando comparados aos microrganismos de corais moles, que estudos mais antigos tinham priorizado.
Uma enzima eficiente
Inferir química a partir de um genoma não equivale a demonstrar que ela funciona na prática. Por isso, a equipa selecionou alguns alvos promissores.
Depois, seguiu o caminho completo: das instruções genéticas até uma enzima funcional e, por fim, até um composto passível de testes.
Um alvo destacou-se. Uma bactéria pouco estudada do microbioma do coral trazia instruções para uma pequena proteína “decorada” com grupos químicos em forma de anel, presentes em muitos medicamentos comercializados.
Ao reconstruir a maquinaria de montagem numa cepa de bactéria usada em laboratório, os investigadores conseguiram produzir a proteína modificada num sistema controlado.
Ela inibiu a elastase de neutrófilos humana - uma enzima associada a dano tecidual em doenças inflamatórias - em concentrações suficientemente baixas para chamar a atenção de quem desenvolve fármacos.
A equipa também demonstrou que a enzima de montagem funciona com versões encurtadas da proteína e com proteínas desenhadas para desempenhar outras funções. Essa flexibilidade é exatamente o que laboratórios de biotecnologia procuram num “ponto de partida”.
Recifes em perigo
Produtos naturais vêm sendo identificados em organismos marinhos há décadas. Porém, buscas sistemáticas dentro de corais construtores de recifes praticamente não existiam antes deste trabalho.
Três géneros de coral entraram nesta análise. Existem várias centenas adicionais.
Esponjas, moluscos e algas também abrigam comunidades microbianas incalculáveis, quase todas ainda não estudadas com este nível de detalhe.
Cada uma pode esconder novas enzimas, antibióticos ou estruturas-base de fármacos - e cada uma está a diminuir à medida que o aquecimento da água ameaça os habitats à sua volta.
O desafio à frente
Durante muito tempo, a defesa da proteção dos recifes apoiou-se em turismo, pesca e na proteção costeira contra ondas de tempestade.
O argumento do valor molecular era mais frágil. Alguns medicamentos surgiram a partir de organismos de recife, mas não existia um inventário abrangente do que os seus microrganismos carregavam.
Agora, o inventário inclui três tipos de coral ao longo de uma bacia oceânica. Os microbiomas de recifes concentram mais genes codificadores de química por organismo do que o mar ao redor.
A maior parte ainda não foi decifrada, mas uma única expedição já gerou uma enzima funcional com interesse farmacêutico.
“Molecular research on coral reefs offers enormous potential for biotechnological and medical applications,” disse Jörn Piel, químico da ETH Zurich.
O problema daqui para a frente é o tempo. Os recifes estão a desaparecer mais depressa do que a química dentro deles pode ser lida - e a maior parte do que se perder será, provavelmente, impossível de amostrar outra vez.
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