Cientistas descobrem que a bactéria E. coli usa o elemento ferro para armazenar memória

Cientistas da Universidade do Texas, em Austin, relatam descobertas de que as bactérias usam ferro – um elemento comum, mas essencial para a vida na Terra – para armazenar memória ao longo de gerações. Essa memória mediada pelo ferro está associada ao comportamento da bactéria Escherichia coli (E.coli), nomeadamente a enxameação, a capacidade de formar biofilmes e o desenvolvimento de resistência a antibióticos. Os resultados da pesquisa foram publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences.

Formando biofilmes

A bactéria E. coli e inúmeras outras bactérias começam a formar biofilmes ao encontrar uma superfície compatível, que pode ser viva (biótica) ou não viva (abiótica), como ferramentas médicas, tecidos ou máquinas industriais.

A formação de biofilmes é motivada pela disponibilidade de nutrientes. Em situações onde os nutrientes são abundantes, as bactérias podem optar por desenvolver biofilmes para estabelecer um ambiente estável e maximizar a utilização eficiente dos recursos.

A resposta enxameada

"Antes de haver oxigênio na atmosfera da Terra, a vida celular inicial utilizava ferro para muitos processos celulares. O ferro não é apenas crítico na origem da vida na Terra, mas também na evolução da vida", disse Souvik Bhattacharyya, autor principal e pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin. "Faz sentido que as células o utilizem desta forma", acrescentou.

Diante dos desafios ambientais, bactérias como a E. coli exibem frequentemente um comportamento de enxameação. Este movimento coletivo é uma resposta adaptativa às condições dinâmicas, permitindo que as bactérias localizem ambientes mais favoráveis.

Os investigadores postulam que a bactéria E.coli muda o comportamento, aglomerando-se mais vigorosamente na presença de baixos níveis de ferro – auxiliada pela retenção de uma memória mediada pelo ferro – para procurar mais do elemento no seu ambiente. Células bacterianas parentais com experiência anterior em enxameação armazenam essa memória, e observou-se que aquelas com baixos níveis de ferro são mais adeptas à enxameação.

Enquanto a memória se dissipa, perdendo-se após a sétima geração bacteriana, os investigadores descobriram que a modificação artificial dos níveis de ferro pode prolongar esta memória geracional.

Terapêutica baseada no comportamento

A proliferação de E. coli resistente a antibióticos nos hospitais representa uma séria ameaça, pois pode levar ao aumento de doenças e mortalidade entre os pacientes. O ambiente hospitalar, caracterizado por ambientes próximos, uso frequente de antibióticos e sistema imunológico comprometido, facilita a transmissão dessas cepas resistentes. Persistentes em ambientes de saúde, essas cepas contribuem para internações hospitalares mais longas, maiores despesas com saúde e maior probabilidade de falha do tratamento.

Além disso, o risco de contaminação cruzada e a eficácia limitada dos antibióticos comuns amplificam a dificuldade de gestão da infecção, representando um risco maior para a saúde pública ao restringir as opções de tratamento e promover a resistência além dos limites hospitalares.

Bhattacharyya acredita que “os níveis de ferro são definitivamente um alvo para a terapêutica porque o ferro é um fator importante na virulência”. "Em última análise, quanto mais sabemos sobre o comportamento bacteriano, mais fácil será combatê-los", complementou.

Referência da notícia:

Bhattacharyya, S. et al. A heritable iron memory enables decision-making in Escherichia coli. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 120, n. 48, 2023.