Os humanos domaram os micróbios por trás do queijo, soja e muito mais.

Os genomas de bactérias e fungos usados ​​na produção de alimentos carregam os sinais de domesticação também vistos em plantações e pecuária.

Com o tempo, o trabalho de queijeiros, como este na Suíça, domesticou bactérias. DENIS BALIBOUSE/REUTERS

Por Elizabeth Pennisi

A explosão de sabor do primeiro milho doce do verão e a postura orgulhosa de um cão de exposição testemunham o poder da domesticação. Mas o mesmo acontece com a alquimia microbiana que transforma leite em queijo, grãos em pão e soja em missô. Assim como os ancestrais do milho e do cachorro, os fungos e bactérias que impulsionam essas transformações foram modificados para uso humano.

E seus genomas adquiriram muitas das assinaturas clássicas de domesticação, relataram pesquisadores em duas conversas este mês em uma reunião em Washington, DC

Os micróbios não podem ser “criados” no sentido normal, porque ao contrário das ervilhas ou dos porcos, os micróbios individuais com características desejadas não podem ser escolhidos e acasalados.

Mas os humanos podem cultivar micróbios e selecionar variantes que melhor atendam aos nossos propósitos. 

Os estudos mostram que o processo, repetido ao longo de milhares de anos, deixou marcas genéticas semelhantes às de plantas e animais domesticados: os micróbios perderam genes, evoluíram para novas espécies ou linhagens e se tornaram incapazes de prosperar na natureza.

Os estudos “estão chegando aos mecanismos” de como funciona a domesticação microbiana, diz Benjamin Wolfe, microbiologista da Universidade Tufts.

Ao revelar quais genes são fundamentais para as características premiadas dos micróbios – e quais podem ser perdidas – o trabalho pode ajudar a melhorar ainda mais os organismos que moldam grande parte de nossos alimentos e bebidas, “especialmente [com] crescente interesse em alimentos fermentados”, diz o ecologista microbiano. Ariane Peralta da East Carolina University.

As leveduras usadas na fabricação de pão há muito são vistas como domesticadas porque perderam a variação genética e não podem viver na natureza. Mas para outros micróbios, os cientistas “não têm evidências claras de domesticação … em parte porque [suas] comunidades microbianas podem ser difíceis de estudar”, diz o estudante de pós-graduação Vincent Somerville, da Universidade de Lausanne.

Somerville e John Gibbons, genomicista da Universidade de Massachusetts, Amherst, se concentraram de forma independente na fermentação de alimentos, o que ajudou os primeiros agricultores e pastores a transformar produtos frescos e leite em produtos que podem durar meses ou anos. Gibbons examinou de perto o genoma do Aspergillus oryzae , o fungo que inicia a produção de saquê de arroz e molho de soja e missô de soja.

Quando os agricultores cultivam A. oryzae , o fungo – um eucarioto, com seu DNA encerrado em um núcleo – se reproduz por conta própria. Mas quando os humanos pegam um pouco de saquê acabado e o transferem para um purê de arroz para começar a fermentação novamente, eles também transferem células das linhagens de fungos que evoluíram e sobreviveram melhor durante a primeira rodada de fermentação.

Gibbons comparou os genomas de dezenas de cepas de A. oryzae com os de seu ancestral selvagem, A. flavus . Com o tempo, ele descobriu, a seleção por humanos aumentou a capacidade de A. oryzae de quebrar amidos e tolerar o álcool produzido pela fermentação. “A reestruturação do metabolismo parece ser uma marca registrada da domesticação em fungos”, ele relatou na semana passada no Microbe 2022, a reunião anual da Sociedade Americana de Microbiologia.

Por exemplo, cepas domesticadas de Aspergillus podem ter até cinco vezes mais cópias de um gene para metabolizar amidos como seu ancestral – “uma maneira brilhante de a evolução ativar essa enzima”, diz Wolfe.

Os genes do A. oryzae domesticado também exibem pouca variação, e o genoma perdeu alguns genes-chave, incluindo aqueles para toxinas que matariam a levedura necessária para completar a fermentação – e que podem deixar os humanos doentes. 

A domesticação aparentemente tornou o A.oryzae mais amigável para os humanos, assim como produziu sabores amargos de muitas plantas alimentícias.

Somerville relatou na reunião que viu o mesmo padrão em procariontes, ou organismos sem núcleo, inclusive em bactérias usadas para fazer queijo. 

Os primeiros queijeiros estabeleceram culturas bacterianas “iniciais”, que as pessoas na Suíça usam para fazer Gruyère e outros queijos. Desde a década de 1970, os queijeiros armazenam amostras de suas culturas iniciais para avaliar seus queijos e manter a qualidade alta. Somerville sequenciou os genomas de mais de 100 amostras.

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“A coisa excitante deste trabalho foi ter amostras ao longo do tempo”, diz Wolfe. “Você pode ver a formação da diversidade”, com as mudanças nos últimos 50 anos sugerindo a trajetória das mudanças nos séculos passados.

Todas as amostras tinham baixa diversidade genética, com apenas algumas linhagens de duas espécies dominantes, relatou Somerville. Essas poucas cepas persistentes provavelmente são importantes para a qualidade do queijo, disse Gibbons. 

As culturas também perderam genes desde a década de 1970, incluindo alguns necessários para produzir certos aminoácidos, necessários para montar proteínas.

Mas os aminoácidos são caros para produzir – e esses micróbios vivem em leite rico em proteínas. “Eles foram capazes de liberar um monte de genes que não precisavam”, diz Wolfe. 

Somerville também encontrou extensa troca de genes entre os micróbios, uma forma de adquirir novos genes.

Juntando os estudos, Gibbons conclui que os genomas de “procariontes domesticados e eucariotos microbianos são muito semelhantes” entre si e para organismos domesticados multicelulares. Peralta adverte que a analogia com plantações e animais não é perfeita. Os micróbios podem evoluir muito mais rapidamente e, portanto, podem ser “renaturalizados” mais facilmente. Ainda assim, enquanto os pesquisadores ajustam os micróbios domesticados, ela espera um saquê e queijo ainda melhores.

A domesticação refere-se à seleção artificial e reprodução de espécies selvagens para obter variantes cultivadas que prosperam em nichos artificiais e atendem às necessidades humanas ou industriais. Várias assinaturas genotípicas e fenotípicas de domesticação foram descritas em culturas, gado e animais de estimação. No entanto, a domesticação não é exclusiva de plantas e animais. 

Domesticação de Micróbios Industriais

A diversidade microbiana também foi moldada pelo surgimento de ambientes criados pelo homem novos e altamente específicos, como fermentações de alimentos e bebidas. Isso permitiu a rápida adaptação e diversificação de vários micróbios, como certos Lactococcus Lactobacillus Oenococcus Saccharomyces Aspergillus.

FONTE @Science