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Declínio populacional de anfíbios: De onde veio o fungo que está causando a morte desses animais no mundo todo?

Desde o início da minha graduação em ciências biológicas, há muito, muito tempo (mentira, era 2004, nem é tanto tempo assim), numa galáxia muito, muito distante (para alguns é bem distante mesmo, mas pra mim é logo ali em Porto Alegre) eu ouvia falar sobre o declínio populacional das espécies de anfíbios. Nas aulas de zoologia, os professores e professoras explicavam que esse declínio era mais acentuado nesse grupo animal por causa de um fungo que os atingia e causava alta mortalidade. Muitos falavam sobre a possível extinção desses animais, já que eles sofrem não só a pressão da perda de habitats e das mudanças climáticas, mas também tem que lidar com esse patógeno que diminui suas chances de sobrevivência. O fungo que atinge os anfíbios é o Batrachochytrium dendrobatidis (BD para os íntimos). Ele causa uma doença chamada quitridiomicose. Algumas espécies de anfíbios anuros, como sapos, pererecas e rãs, possuem imunidade contra esse fungo, ou seja, eles carregam o patógeno, mas não apresentam sintomas de infecção. Isso faz deles um ótimo vetor na disseminação desse fungo.

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Figura 1: Zoósporo de Batrachochytrium dendrobatidis em microscopia eletrônica. Fonte: Wikipedia.

Os primeiros relatos de quitridiomicose são da década de 70, mas somente em 1990 essa doença foi reconhecida como uma ameaça global ao grupo anfíbio (2). O BD dispersa seus zoósporos (célula reprodutiva) pela água e infecta larvas de anfíbios através da pele. Uma vez que o zoósporo encontra o hospedeiro, ele vai se multiplicar e novos zoósporos podem reinfectar o hospedeiro ou serem disseminados na água e infectar outros indivíduos. Uma série de fatores determinam a gravidade da infecção e possível morte do hospedeiro como temperatura da água e do ambiente, pH e até a imunidade do anfíbio. A infecção afeta principalmente a pele do animal atrapalhando processos de descamação, troca de temperatura, osmose e respiração. Os animais infectados e não imunes ao fungo demonstram letargia, anorexia, e engrossamento da pele. Esse último sintoma é o que acaba levando à morte porque faz com que a respiração, que acontece na maior parte através da pele nesses animais, fique prejudicada e o animal acaba tendo uma parada cardiorrespiratória.

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Figura 2: Ciclo de vida do fungo Batrachochytrium dendrobatidis. Adaptado de Rosenblum et al. 2010.

Durante esses quase 50 anos dos primeiros relatos de quitridiomicose e quase 30 do reconhecimento dessa ameaça aos anfíbios, muita coisa tem sido estudada, mas uma área específica ainda estava pouco explicada: a origem e evolução desse fungo. Conhecer dados sobre a origem de um parasita ajuda a entender como ele é contido no seu ambiente natural e nos dá ideias de estratégias para controlar esse parasito fora do seu ambiente. Quando inserido no ecossistema de origem, tanto animais, quanto plantas e parasitos não são considerados pragas (desde que o ecossistema não esteja desregulado). É mais simples de visualizar isso usando um exemplo animal: quando inserido no ecossistema de origem, um animal faz parte de uma cadeia alimentar e sofre uma série de pressões ambientais. Essas pressões ambientais, que podem ser disponibilidade de alimento, disponibilidade de território, presença de predadores, etc, fazem com que o animal não possa se reproduzir de maneira a se tornar uma praga e desestabilizar o ambiente. Então entender de onde veio a praga e estudar o seu ambiente ajuda a desvendar possíveis modos de contenção . E foi isso que um grupo global de cientistas, inclusive do Brasil, estavam tentando desvendar – de onde veio o BD?

Já existiam vários estudos que tentavam explicar a origem desse fungo, mas o diferencial do artigo publicado esse mês no periódico científico Science, foi a quantidade de dados utilizada. Quanto mais dados, mais robusta e próxima da realidade é uma análise. O grupo de cientistas analisou amostras de BD de América do Sul, América do Norte, Europa, África, Ásia e Oceania.

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Figura 3: Pontos mostrando a localização das amostras utilizadas no estudo. Fonte: O’Hanlon SJ, et al. 2018.

Com as amostras em mãos, eles utilizaram dados genéticos para avaliar as diferentes linhagens e pontuar a linhagem ancestral e qual a sua origem. Os resultados indicaram que a provável linhagem ancestral é asiática, proveniente da Coréia e que ela começou a se espalhar para o resto do mundo após o crescimento do comércio de anfíbios. As análises marcam o início da expansão do fungo causador de quitridiomicose entre 1898 (análise de genoma nuclear) e 1962 (análise de genoma mitocondrial). Esse intervalo de datas coincide com a expansão do comércio de anfíbios ao redor do mundo. Esses animais são comercializados por diversos motivos: animais de estimação, para medicamentos e alimentos (3). De fato, os cientistas encontraram amostras de todas as linhagens de BD em animais comercializados, mesmo com as regras internacionais que impedem a comercialização de animais infectados instituídas pela Organização Mundial de Saúde Animal.

A rota pela qual o BD começou a se espalhar pelo mundo após sair da Ásia ainda não é clara. O que se sabe é que, durante esse curto período do século XX em que houve essa expansão, o BD se diversificou em diferentes linhagens. Isso é comum de acontecer com organismos que ocupam ambientes tão diversos, mas no caso de parasitas, é preocupante. Essa diferenciação já gerou, inclusive, uma linhagem de BD altamente transmissível e virulenta conhecida como BdGPL  Quanto mais linhagens diferentes uma espécie de parasita possui, mais difícil se torna combatê-lo. A diferenciação genética (diferentes linhagens) é associada com a diversificação de características que influenciam na infecção do hospedeiro, ou seja, quanto mais diversa uma espécie de parasita, mais estratégias diferentes de infecção do hospedeiro ela terá. Para combater esse patógeno com eficiência é necessário impedir todas essas estratégias de infecção e reprodução. Então, por conta dessa diferenciação em diferentes linhagens, é provável que para combater o BD seja necessário utilizar diferentes estratégias que contemplem as características específicas de infecção e reprodução das diferentes linhagens. Atualmente, a quitridiomicose afeta aproximadamente 700 espécies de anfíbios, mas esse número tende a subir, já que somente 1.300 espécies das 7.800 descritas foram testadas até o momento. O artigo termina com um alerta para a intensificação da biossegurança envolvida no comércio de anfíbios e um apelo para futuros estudos e estratégias que visem a diminuição da disseminação da quitridiomicose e a sobrevivência do grupo anfíbio.

Referências:

1 – O’Hanlon SJ, et al. (2018). Recent Asian origin of chytrid fungi causing global amphibian declines. Science, 360 (6389): 621 – 627.

2 – Blaustein AR & Wake DB (1990). Declining amphibian populations: A global phenomenon? Trends in Ecology and Evolution, 5: 203 – 204.

3 – Carpenter AI, et al. (2014). A review of the international trade in amphibians: the types, levels and dynamics of trade in CITES-listed species.  Fauna & Flora International, Oryx, 48(4): 565–574.

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Antarctomyces pellizariae: o futuro da biotecnologia pode estar na Antártica

Já ouviu falar em criosfera? Não? Bem, certamente você já ouviu falar sobre gelo e neve. Criosfera nada mais é do que o conjunto formado por toda a água em estado sólido existente no planeta e inclui icebergs, geleiras, permafrost, calotas de gelo, entre outras formações.

A Antártica, sendo o principal regulador térmico do planeta, é estudada por pesquisadores de todo o mundo. Aqui no Brasil, temos o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia da Criosfera (INCT da Criosfera), que abriga pesquisadores de diversas instituições brasileiras, formando uma rede multidisciplinar de estudos. Um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) integra a equipe e trabalha com a bioprospecção de fungos em ecossistemas antárticos. O trabalho de bioprospecção realizado pela equipe tem como finalidade conhecer a diversidade microbiana antártica e buscar metabólitos de interesse biotecnológico. Foi durante uma visita à Antártica ao final de 2015, que Luiz Henrique Rosa e sua equipe isolaram um fungo filamentoso que apresentou uma coloração azul bastante intensa. Essa coloração chamou a atenção dos pesquisadores, que decidiram por estudar melhor esse fungo a fim de determinar suas características e descobrir a qual espécie pertencia.

Neste estudo, foram coletadas amostras de neve da camada superior do solo na península Coppermine (62°37’941”S; 59°70’400”W), localizada na ilha Robert, no arquipélago de Shetlands do Sul (figura 1). A neve coletada foi derretida e então filtrada, passo necessário para a retenção dos micro-organismos de interesse. Feito isso, as amostras foram colocadas em meio de cultura e incubadas para que os micro-organismos presentes pudessem crescer. Foi assim que os pesquisadores perceberam o fungo de coloração azul, que foi então isolado para ser estudado em detalhes.

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Figura 1 – Mapa da localização da Península Coppermine, Ilha Robert, Arquipélago Ilhas Shetland do Sul (Fonte: Australian Antarctic Data Centre).

Para a identificação de um fungo, uma série de procedimentos deve ser realizada. Tanto suas características físicas como o seu DNA foram analisados e estudados. Com os resultados em mãos, os pesquisadores chegaram à conclusão de que a espécie que haviam isolado fazia parte do gênero Antarctomyces sp., e que se tratava de uma nova espécie, batizada de A. pellizariae (figura 2). O gênero só é encontrado na Antártica e por isso recebeu o nome “Antarctomyces”. Já “pellizariae” é uma homenagem à Dra. Vivian Helena Pellizari, pesquisadora e professora do Instituto Oceanográfico da USP. Ela foi a responsável, na década de 1990, por estabelecer a microbiologia polar no Brasil, tornando-se inspiração para outros microbiologistas seguirem seu caminho.

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Figura 2 – Antarctomyces pellizariae em placa de Petri com meio Sabouraud, após 14 dias de crescimento a 10 ± 2°C (Fonte: Material suplementar do artigo publicado).

Além da coloração bastante distinta, A. pellizariae cresce melhor a temperaturas mais baixas (de 4 a 15 ± 2°C), o que o classifica como um fungo psicrófilo. Micro-organismos psicrófilos são aqueles capazes de crescer e se reproduzir em baixas temperaturas. A temperatura ótima de crescimento é de 15°C ou menos e a temperatura mínima de -20°C. Estes seres possuem biomoléculas capazes de manter sua forma e função a baixas temperaturas, além de produzir substâncias anticongelantes capazes de protegê-los do frio excessivo, permitindo o funcionamento normal de suas células. Acredita-se que o pigmento azulado também confira proteção contra radiação, característica importante quando seu hábitat é a Antártica.

 As pesquisas de bioprospecção são de extrema importância, pois conhecemos muito pouco sobre a biodiversidade microbiana existente no planeta. Os estudos na Antártica se tornam ainda mais importantes pelas condições extremas de seu ecossistema, que atua selecionando organismos capazes de suportar tais condições. São essas características que tornam o continente um local ideal para o isolamento e descrição de novas espécies fúngicas. Ele é também um dos locais onde os efeitos da mudança climática são sentidos com maior intensidade. Conhecer melhor suas espécies endêmicas pode ajudar a compreender melhor o impacto dessas mudanças na biota antártica.

Além de A. pellizariae, os demais fungos isolados também serão descritos e analisados quanto a seu genoma e presença de compostos de interesse biotecnológico de baixo custo. Dentre as possibilidades, estão substâncias que atuam como anticongelantes e que podem ser utilizadas para a conservação de alimentos e órgãos para transplante, proteção de equipamentos eletrônicos, sensores, inibição de corrosão e conservação de combustíveis. O pigmento azul, bem como outros tipos de pigmentos, pode ter função na indústria alimentícia, atuando como corante. Caso tenha a função de proteção contra radiação, pode ser utilizado na indústria farmacêutica, em produtos de fotoproteção.

Essa descoberta faz parte do trabalho de doutorado da pesquisadora Graciéle Menezes, aluna do Programa de Pós-Graduação em Microbiologia da UFMG, sob orientação do pesquisador Luiz Henrique Rosa.

Para saber mais:

Sobre as pesquisas brasileiras na Antártica

INCT da Criosfera http://www.ufrgs.br/inctcriosfera/index.html

PROANTAR https://www.mar.mil.br/secirm/portugues/proantar.html

Sobre o grupo de pesquisa da UFMG

http://labs.icb.ufmg.br/leblev/index.html

Sobre análise de genoma na micologia

http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio14/pcrnamicologia.pdf

Sobre pesquisas e dados históricos da Antártica

https://data.aad.gov.au/