© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (left) and one affected by Amoebophrya (right), (c) Yameng Lu
© Watercolor image of a healthy dinoflagellate Alexandrium (top right), one of Amoebophrya infested (left) and the worm-shaped parasite that breaks through the cell wall of the host (bottom right), (c) Yameng Lu
© A healthy dinoflagellate of the genus Alexandrium, (c) Yameng Lu
© Alexandrium infested by Amoebophrya, (c) Yameng Lu
“Usina” sem DNA
May 27, 2019
As algas do grupo dos dinoflagelados organizaram seu material genético de uma forma incomum.
As células da maioria dos seres vivos possuem estruturas especiais responsáveis pela produção de energia. Essas chamadas mitocôndrias geralmente possuem genoma próprio, além daquele do núcleo. Uwe John, do Instituto Alfred Wegener (AWI), e seus colegas descobriram agora uma exceção até então única em um parasita unicelular. As mitocôndrias do dinoflagelado Amoebophrya ceratii parecem funcionar adequadamente mesmo sem o seu próprio material genético, relata a equipe na revista Science Advances.
Os dinoflagelados constituem uma grande parte do plâncton nos mares. Cerca de metade das cerca de duas mil espécies conhecidas praticam a fotossíntese como as plantas, outras vivem de forma predatória ou, dependendo da oferta, alternam entre diferentes dietas. E, finalmente, esse versátil grupo de algas também possui parasitas em suas fileiras. Com essa equipe, a equipe de Uwe John deu uma olhada no genoma - e teve uma surpresa.
Os pesquisadores encontraram seu objeto de estudo nas células de outros dinoflagelados do gênero Alexandrium. Isto inclui várias espécies que tendem a formar florações de algas tóxicas em desenvolvimentos em massa. Tapetes inteiros desses organismos unicelulares às vezes flutuam na água e produzem o veneno nervoso saxitoxina, que também é perigoso para os humanos. Mas existem parasitas que podem impedir a proliferação de algas. Estes incluem uma espécie chamada Amoebophrya ceratii, que foi o foco do presente estudo.
"Estes organismos unicelulares nadam através da água como os chamados dinosporos até encontrarem o seu hospedeiro", explica Uwe John. Quando chega a hora, eles se apegam à vítima, penetram nela e a comem de dentro para cima. Eles estão ficando cada vez maiores e formam um estágio com muitos núcleos celulares. Como um verme, ele finalmente sai do hospedeiro morto e se transforma em 200 a 400 novos espinhos de dinossauro. Esse ciclo de infecção dura apenas três a quatro dias e pode afetar massivamente as populações de Alexandrium.
A equipe sequenciou o genoma do conquistador Giftalgen, que consiste em cerca de 100 milhões de pares de bases. Isso é muito pouco para um dinoflagelado. Agora, um pequeno genoma de um parasita não é nada especial. Muitos seguidores desse estilo de vida não produzem eles próprios todos os metabólitos necessários à sobrevivência, mas utilizam seus hospedeiros. Isso os torna dependentes deles, mas também podem prescindir de muitos genes. Mas Amoebophrya ceratii não seguiu esse caminho. “Nesta espécie, quase todos os processos metabólicos funcionam de forma que eles sejam capazes de lidar com a situação por conta própria”, diz Uwe John. E faz isso com um genoma muito menor do que qualquer outro dinoflagelado.
Isso levou essa redução particularmente longe na parte do genoma que fica fora do núcleo da célula. Nas plantas e algas, o DNA é encontrado não apenas nas mitocôndrias, mas também nos plastídios necessários para a fotossíntese. Seu genoma é geralmente bastante pequeno nos dinoflagelados e consiste em apenas 14 genes. Amoebophrya ceratii, no entanto, parece ter abolido completamente os plastídeos e, com uma excepção, os seus genes.
Ainda mais espectacular é o programa de austeridade que o parasita impôs às suas mitocôndrias. Em sua relação, ainda existem três genes no DNA dessas pequenas usinas celulares. Amoebophrya ceratii aparentemente salvou todo o genoma mitocondrial. Apesar de todo o trabalho meticuloso de busca, a equipe não encontrou nenhum vestígio dele. Dois genes aparentemente desapareceram, o terceiro, o citocromo c oxidase 1 (COX1 ou COI), migrou para o núcleo. "Isso realmente me surpreendeu", diz Uwe John, "porque até agora não se conhece nenhuma outra criatura que respire oxigênio e que não tenha seu próprio material genético em suas mitocôndrias."
Essa austeridade pode ser útil se os parasitas tem que criar rapidamente muitos novos esporos de dinossauros. “Pode ser mais eficaz regular todos os processos através do núcleo”, diz Uwe John. "Então provavelmente os recursos do host podem ser usados da melhor maneira possível." Contudo, nada seria ganho se o fornecimento de energia entrasse em colapso. Mas o perigo parece não existir: as mitocôndrias funcionam bem em todas as fases da vida e permitem aos dinossauros em busca de hospedeiros até mesmo nadar rapidamente. “Esses parasitas provavelmente encontraram sua própria maneira de gerar energia”, diz Uwe John. "Eles requerem apenas parte dos cinco complexos de proteínas conhecidos encontrados nas mitocôndrias dos humanos e de todos os animais para produzir energia."
Os pesquisadores esperam que essas descobertas ajudem a compreender melhor a evolução dos dinoflagelados e suas parentes como um todo. Isso também seria interessante porque o parentesco destas algas também inclui outros parasitas e agentes causadores de doenças como a malária. Além disso, os resultados podem fornecer novos insights sobre a história das mitocôndrias e dos plastídios. Ambos eram criaturas originalmente independentes que foram engolidas por outros organismos unicelulares desde tempos imemoriais e viveram neles como os chamados endossimbiontes. Com o tempo, eles reduziram seu material genético e se tornaram prestadores de serviços de células que não são mais viáveis por si só. Este desenvolvimento, no entanto, levou Amoebophrya ceratii ao extremo e também privou os seus endossimbiontes dos restos da sua autonomia genética.