Desodorante bacteriano: uma relação simbiótica entre pererecas e bactérias Pseudomonas

Um rio começa com um riacho azul, mas a amizade começa com relações simbióticas mutuamente benéficas entre duas entidades biológicas. Em condições difíceis da natureza, quando metade de seus habitantes quer comê-lo, os sorrisos raramente ajudam. Mas o que exatamente ajuda é a simbiose acima mencionada - cooperação mutuamente benéfica entre indivíduos de espécies diferentes. Cada um dos participantes desse relacionamento recebe algo próprio: proteção, comida, uma casa, um veículo etc. Mas aqui as pererecas da espécie Boana prasina precisam de simbiose com certas bactérias para os casos de amor. Hoje vamos nos familiarizar com as surpreendentes observações de cientistas que descobriram que as bactérias que vivem na pele dos sapos contribuem para a liberação de uma fragrância exclusiva para os sexos, que desempenha um papel importante na procura de um parceiro e, consequentemente, na reprodução. Por que os cientistas cheiram sapos, como eles cheiram (sapos, não cientistas) e como surgiu uma simbiose tão incomum entre anfíbios e bactérias? As respostas nos aguardam em um relatório de grupo de estudo. Vamos lá

Sobre amizade na natureza

Para uma pessoa, o benefício da amizade é geralmente de natureza psicológica (emocional). Conhecemos novas pessoas, começamos a fazer amigos e nos comunicamos porque simplesmente gostamos. O mesmo pode ser dito sobre nossos animais de estimação. Gatos, cães, hamsters, peixes, etc. eles são amigos de uma pessoa e, mais provavelmente, moral do que apoio físico. Embora haja pessoas que vivem no princípio de uma mãe do filme "Prostokvashino":

- Bem, você mesmo pensa, qual é a utilidade deste gato?
"Bem, por que é necessariamente bom?" Qual é, por exemplo, o uso dessa pintura na parede?
- Esta imagem na parede é muito útil - ela bloqueia um buraco no papel de parede!

Mas voltando à flora e fauna. Na natureza (não consideraremos a simbiose sob condições controladas), as relações entre representantes de diferentes espécies são necessárias para a sobrevivência ou para uma vida mais confortável.


Peixe-palhaço em anêmona.

Um impressionante e um dos exemplos mais famosos são peixes-palhaço e anêmonas-do-mar (anêmonas-do-mar). Os peixes, à vista dos quais muitos exclamam algo como "Oh, Nemo!", Vivendo dentro da anêmona, são imunes aos seus knidócitos (células que picam / picam), mas os predadores são muito suscetíveis. Em outras palavras, o peixe-palhaço vive em uma casa com uma cerca elétrica. As anêmonas-do-mar também se beneficiam desse bairro na forma de nutrientes dos resíduos de peixes (sim, a frase "de novas relações" para as anêmonas-do-mar soa literalmente).


Outra simbiose incomum, algumas espécies de anêmona se formam com caranguejos eremitas.

Das profundezas do mar, passamos para um prado florido. Quem sempre representamos ao lado de uma flor? Claro abelhas. Esses viciados em trabalho coletam néctar das flores, ou seja, recebem comida. Ao mesmo tempo, voando de flor em flor, eles realizam a chamada polinização indireta, que ajuda as plantas a se reproduzirem. Em outras palavras, para a pergunta "O que, você segurou uma vela?" a abelha responderia afirmativamente, após o que o atormentaria por questões inadequadas.


Abelhas em um girassol.

Além das abelhas, outros tipos de insetos (formigas, abelhas, borboletas, etc.), além de vertebrados (pássaros, morcegos, roedores, etc.) também ajudam as plantas na polinização.

Como já entendemos, as relações simbióticas não são incomuns. Estamos bastante surpresos com os participantes dessas relações, e não com o fato de sua existência.

Vale ressaltar que o cheiro é um sinal químico que permite obter certas informações sobre sua fonte. Não apenas os sapos, mas também muitas espécies de vertebrados usam cheiros como uma maneira de trocar informações. Lembre-se do que os gatos fazem (principalmente na primavera) - dessa forma eles notificam outros representantes de suas espécies sobre sua presença, direito ao território etc. Se considerarmos as fontes de odores em geral, existem várias fontes principais:

• síntese secretória primária (de novo) em certas glândulas;
• subprodutos da excreção, isto é, secreções da atividade vital do corpo;
• uso do meio ambiente;
• produtos metabólicos de bactérias simbióticas.

Nos anos 70 do século passado, foi declarada uma "teoria da fermentação", segundo a qual as bactérias simbióticas nos mamíferos metabolizam proteínas e lipídios encontrados nas glândulas aromáticas. Consequentemente, são produzidos compostos voláteis que a transportadora utiliza para comunicação.


Um sapo tigre coaxante.

Se falamos de sapos e sapos, aqui o principal método de transmissão de informações (ou seja, comunicação) sempre foi considerado sons (sinais acústicos). Mas os cheiros não receberam muita atenção, considerando-os não tão importantes nesse processo. Descobriu-se que tudo isso é diferente. O cheiro não só é muito importante na transmissão de informações (determinação do sexo, atração de parceiros, proteção contra predadores etc.), como também surge com a ajuda de organismos simbióticos, como bactérias.

Os cientistas conseguiram descobrir que o segredo secretado pela pele dos sapos contém sulfetos orgânicos * , sesquiterpenos * e metoxipirazinas * . A fonte desses compostos químicos foram bactérias do grupo Pseudomonas que vivem na pele dos indivíduos estudados.

Sulfetos orgânicos * - análogos de éteres contendo enxofre.

Sesquiterpenos * - um grupo de compostos orgânicos da classe dos terpenos, que incluem hidrocarbonetos de C ₁₅ H ₂₄ a C ₁₅ H ₃₂ .

Metoxipirazinas * são compostos químicos que produzem odores.

Como mencionei anteriormente, os cientistas escolheram os pererecas da espécie Boana prasina que vivem na região sul-americana como sujeitos. Esta espécie tem um período reprodutivo bastante longo, durante o qual os machos usam sinais acústicos e emitem um cheiro muito forte e característico. Os cientistas enfatizam que estudos sobre o papel dos odores na atividade social de pererecas já foram realizados, mas a fonte desses odores ainda não foi investigada.

E agora, tendo nos familiarizado com o conceito de simbiose, os participantes da pesquisa e os objetivos dos cientistas, começaremos a nos familiarizar com os resultados das observações.

Resultados da pesquisa

Usando TFME (microextração em fase sólida) e GC / MS (cromatografia gasosa / espectrometria de massa), os cientistas conseguiram estabelecer que a composição da secreção volátil da pele de machos e fêmeas da espécie B. prasina inclui cerca de 60 a 80 compostos químicos diferentes, incluindo álcoois e aldeídos , alcenos, ésteres, cetonas, metoxipirazinas, terpenos (hemiterpenos, monoterpenos e sesquiterpenos) e tioéteres.


Imagem Nº 1: Comparação da composição química da secreção volátil da pele de machos e fêmeas de B. prasina.

Designações para o gráfico acima: Mop - metoxipirazinas; Het - hemiterpenos; Mnt são monoterpênicos; Sqt - sesquiterpenos; Hyc - hidrocarbonetos; Toe - thioethers; Éteres ; Cetonas - cetonas; c * - compostos aromáticos também encontrados em terrários.


Tabela 1: dados de uma análise química da secreção volátil da pele de machos e fêmeas de espécies de B. prasina.

Ao mesmo tempo, verificou-se que a maioria de toda essa “sopa perfumada” para ambos os sexos é hemiterpenos, cetonas e álcoois (49,9-78,3%).

Se compararmos a composição química para determinar suas diferenças em machos e fêmeas, distinguem-se SQT (sesquiterpenos), TOE (tioésteres) e MOP (metoxipirazinas), o que é visto em 2A e 2B .


Imagem No. 2: uma análise comparativa da composição química da secreção de machos e fêmeas.

O gráfico duplo 2A é baseado no conteúdo relativo de compostos voláteis. Os centróides de dispersão da amostra são representados como um círculo para as mulheres e um triângulo para os homens. A Figura 2B mostra a contribuição relativa de cada classe de compostos químicos para os quatro primeiros componentes principais obtidos na análise PCA (método do componente principal). O tamanho do círculo indica o valor absoluto da contribuição e a cor (de vermelho para azul) indica a contribuição negativa ou positiva.

Graças à criação da função LDA (análise discriminante linear), ficou claro para os cientistas que é possível distinguir o sexo de um indivíduo por meio de um perfil químico ( 2C ): teste de Kruskal-Wallis: DF = 1, P = 0,001.

Uma pequena explicação da terminologia nos dados:

• a palavra “interação” significa que, na análise dos dados, ambos os fatores foram levados em consideração - o sexo do indivíduo e o método de amostragem;
• A palavra "sexo" significa a análise de dados exclusivamente para determinar o sexo sob certas condições de amostragem;
• in vivo - análise de um organismo vivo (não de uma amostra retirada dele);
• amostra - análise de amostras de pele coletadas de um indivíduo vivo (analisado separadamente do próprio indivíduo).

Das três classes mais distintas (TOE, SQT e MOP), são as MOPs (metoxipirazinas) que foram mais pronunciadas nas mulheres do que nos homens. Isso é evidente no teste da razão de verossimilhança. Interação: χ ² ₁ = 1,20; P = 0,2729; sexo: χ ² ₁ = 12,778; P = 0,0004.

Além disso, nos homens, o SQT (sesquiterpenos) foi maior do que nas mulheres. Interação: χ ² ₁ = 23,817; P <0,0001; sexo (in vivo): χ ² ₁ = 22,933; P <0,0001; sexo (amostra): χ ² ₁ = 1,317; P = 0,2511.

Finalmente, a análise dos dados do TOE (tioésteres) mostrou que os homens têm mais desse composto químico, mas apenas quando analisados ​​em um indivíduo vivo (in vivo). Interação: χ ² ₁ = 10,618; P = 0,0011; sexo (in vivo): χ ² ₁ = 10,9505; P = 0,0009; sexo (amostra): χ ² ₁ = 2,0051; P = 0,1568.

Após um exame mais detalhado da composição do SQT e do TOE, os cientistas identificaram duas substâncias principais que foram mais expressas, a saber, di-hidroedulano II no SQT e C ₆ H ₁₂ S no TOE.

Além disso, os pesquisadores decidiram lidar com metoxipirazinas (MOP) em mais detalhes, dos quais 4 foram isolados:

• MOP1 - 2-isopropil-3-metoxipirazina (C8H12N2O)
• MOP2 - 3-isopropil-2-metoxi-5-metilpirazina (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP3 - 2-sec-butil-3-metoxipirazina (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP4 - 3-sec-butil-2-metoxi-5-metilpirazina (C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O)

Imagem 3: dados para todos os quatro tipos de AMPs em homens e mulheres.

Como pode ser observado nos dados da análise, o MOR3 é muito pronunciado no sexo masculino, mas não no feminino, independentemente do método de análise (interação: χ ² ₁ = 0,1219; P = 0,727; gênero: χ ² ₁ = 49,4548; P <0 0001).

Porém, MOR4, pelo contrário, é fortemente pronunciado em mulheres e não em homens (interação χ ² ₁ = 5,3977; P = 0,0202; gênero (in vivo): χ ² ₁ = 25,5523; P <0,0001; gênero (amostra): χ ² ₁ = 33,1275; P <0,0001).

A MOP1 e a MOP2 foram pouco representadas em ambos os sexos e, juntas, representaram aproximadamente 0-12,8% do número total de metoxipirazinas.

Nós descobrimos os dados, números, comparações de "quem tem mais" e agora o mais interessante.

O fato é que TOE e MOP são compostos químicos que são produzidos (geralmente) por microorganismos. Portanto, os cientistas tiveram que verificar se esse é o caso dos sapos. Foram coletadas amostras das quais as bactérias associadas à pele foram isoladas, cultivadas e identificadas.

Atenção, 128 metabólitos voláteis em bactérias, os cientistas identificaram 16, que também estavam em sapos. E também foram identificados 5 compostos encontrados apenas em bactérias.


Image No. 4: 4A - MPA encontrado na pele de rãs (1-4) e na bactéria Pseudomonas (5-8), cromatograma 4B - GC / MS da corrente total de íons, mostrando a produção de MPA 1-8 (esquerda) pela bactéria Pseudomonas cultivada em ágar Muller - Hinton (à direita).

E aqui está outro fato muito interessante - todos os quatro tipos de MPAs (examinamos anteriormente) foram produzidos por um único isolado bacteriano. Além das presentes nos sapos MPA 1-4, a bactéria produziu vários adicionais (5-8 na imagem 4A ), que não foram detectados nos sapos. Também é importante notar que, nas bactérias, o MPA mais "maciço" era o número 5 (C7H10N2O ou 2-metoxi-3,5-dimetilpirazina), representando aproximadamente 82,4 ± 16,7% do número total de metoxipirazinas.

Uma comparação da MOP1-4 em bactérias e sapos mostrou que a MOP2 é melhor expressa em bactérias (5,9 ± 6,9%), mas MOP3 e MOP4 são piores que em sapos (2,6 ± 5,0% e 2 , 7 ± 2,1%, respectivamente).


Imagem nº 5: uma população de bactérias na pele de sujeitos de teste retirados de diferentes regiões e em diferentes momentos.

Os indivíduos do estudo foram retirados da natureza, mais precisamente de 4 regiões diferentes ( 5A ). O número de bactérias diferiu em indivíduos de diferentes regiões e dependeu do tempo gasto em cativeiro ( 5B ).

Apesar das variações em mais da metade do número de unidades taxonômicas ativas (OTUs) observadas nas colônias de bactérias da pele em quatro locais (60-63%) e em cinco períodos diferentes de amostragem (56-66%), eles podem ser identificados como representantes das seguintes famílias bacterianas: Enterobacteriales , Pseudomonadales , Methylophilales , Oceanospirillales , Actinomycetales , Bacillales , Alteromonadales e Burkholderiales . Os mais pronunciados entre essa variedade foram Klebsiella ( Enterobacteriales ) e Pseudomonas ( Pseudomonadales ). Isso é mostrado nos gráficos 5A e 5B .

Não foram encontradas diferenças particulares entre os indivíduos testados de diferentes regiões. Mas a influência do tempo em cativeiro era palpável. Assim, a diversidade de bactérias e seus números diminuíram ao longo do tempo (em cativeiro): 1º dia - 163 ± 26, 3º: 145 ± 35, 10º: 100 ± 9, 2 semanas: 104 ± 41 e 8 meses : 155 ± 34.

A diferença, dependendo da região de residência e tempo em cativeiro, também foi visível entre as bactérias Pseudomonas . Algumas OTUs foram encontradas apenas em sapos de uma determinada região ( 5C ) ou já foram mostradas em cativeiro ( 5D ). Mas 4 espécies de bactérias desse gênero ainda foram encontradas na maioria das amostras, ou seja, elas não dependiam de fatores geográficos e tempo em um ambiente de laboratório controlado. Ao mesmo tempo, houve uma diferença no número de bactérias Pseudomonas no sexo masculino (em média 1,7%) e no feminino (em média 2,4%). Esses indicadores diminuíram durante a permanência em cativeiro em ambos os sexos, principalmente nos três primeiros dias: do máximo no primeiro dia de 8,8 ± 4,3% para o máximo no terceiro - 0,4 ± 0,2%.

Dados os dados analisados, pode-se concluir que são as bactérias Pseudomonas que estão ativamente envolvidas na secreção de compostos voláteis que são utilizadas pelo transportador, ou seja, os sapos, para determinar o sexo, atraem um parceiro durante a estação reprodutiva e como proteção contra predadores.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório do grupo de pesquisa e os materiais adicionais a ele.

Epílogo

O fato de os odores desempenharem um papel extremamente importante na vida de muitos organismos vivos, incluindo anfíbios, é conhecido há algum tempo. No entanto, esses estudos, cujo objetivo é identificar a fonte primária desses odores e mecanismos para a produção de compostos químicos voláteis, ainda não foram realizados.

Os cientistas foram capazes de descobrir exatamente quais compostos químicos são importantes para a formação de odores e o que os produz. A pele dos sapos das árvores é o lar de várias bactérias de diferentes famílias. Os cientistas sugerem que as biomoléculas sintetizadas pela pele dos anfíbios servem como um filtro através do qual combinações únicas de diferentes tipos de bactérias podem habitar a pele. E os compostos voláteis secretados pela bactéria Pseudomonas, produzida na MOP, na pele do sapo, podem atuar como produtos químicos, isto é, um meio de comunicação entre as próprias bactérias.

Por sua vez, os sapos das árvores usam isso como um dos tipos de sinais dados a outros indivíduos durante a estação de acasalamento, juntamente com os sinais acústicos, o que é confirmado por testes comportamentais na natureza e em condições de laboratório.

No futuro, os pesquisadores continuarão seu trabalho para estudar com mais detalhes a interação de bactérias e pererecas. Os cientistas chamam este trabalho de os primeiros passos para entender a relação simbiótica entre anfíbios (e não apenas) e vários microorganismos.

Sim, esses estudos podem não ter nenhum benefício prático para a humanidade, embora seja muito cedo para falar sobre isso, porque uma descoberta pode levar a uma série de novos estudos que, de alguma forma, podem e afetarão nossas vidas. Mas o que exatamente esses estudos fornecem é o conhecimento e a compreensão dos aspectos do mundo ao nosso redor, sobre os quais ainda não sabemos tudo.



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