Identificação de um profundo

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4354 (2023) Citar este artigo

1611 Acessos

22 Altmétrico

Detalhes das métricas

Foi proposto que as primeiras bactérias, ou mesmo o último ancestral comum universal de todas as células, eram termofílicas. No entanto, a investigação sobre a origem e evolução da termofilia é dificultada pelas dificuldades associadas ao isolamento de microrganismos termofílicos de ramificação profunda em cultura pura. Aqui, isolamos uma bactéria termofílica de ramificação profunda de uma fonte hidrotermal de águas profundas, usando uma estratégia de cultivo em duas etapas (“Subtração-Suboptimal”, StS) projetada para isolar organismos raros. A bactéria, que chamamos de Zhurongbacter thermophilus 3DAC, é um heterótrofo redutor de enxofre que está filogeneticamente relacionado a Coprothermobacterota e outros grupos de bactérias termofílicas, formando um clado que parece representar uma linhagem bacteriana principal e divergente precoce. O ancestral deste clado pode ser uma bactéria termofílica, estritamente anaeróbica, móvel, dependente de hidrogênio e mixotrófica. Assim, nosso estudo fornece insights sobre a evolução inicial das bactérias termofílicas.

Organismos com temperaturas ótimas de crescimento superiores a 45 °C são designados como termófilos1,2. Esses termófilos estão onipresentes em ambientes naturais ou artificiais de alta temperatura, como locais vulcânicos terrestres, fontes termais, sistemas hidrotérmicos submarinos, fundo submarino profundo, reservatórios de petróleo, solos superficiais aquecidos por energia solar e incubadoras industriais3,4,5,6,7, 8. Alguns termófilos também podem viver em condições alcalinas, ácidas ou de alta salinidade, destacando sua capacidade de tolerar múltiplos estressores9,10. Esses chamados “ambientes extremos” são geralmente considerados análogos das condições existentes na Terra primitiva, quando a vida se originou no final do éon Hadeano ou no início do éon Arqueano11,12, e vários estudos experimentais13,14 e evidências geológicas15 apoiaram a origem inicial dos termófilos.

Bactérias termofílicas podem ser encontradas em uma ampla gama de filos bacterianos, mas apenas alguns filos contêm quase exclusivamente bactérias termofílicas, a saber, Aquificota, Dictyoglomota, Coprothermobacterota, Thermotogota e Thermodesulfobiota. Embora tenha sido sugerido que a termofilia possa representar uma característica ancestral das bactérias ou mesmo da vida , outras hipóteses apresentaram uma origem não termofílica das bactérias e colocaram linhagens bacterianas como a Chloroflexota ou o Candidate Phyla Radiation (CPR) próximo à raiz da árvore filogenômica bacteriana21,22,23. Um estudo recente usando uma abordagem de reconciliação de árvore-espécie de gene livre de grupo externo rejeitou raízes bacterianas previamente previstas e colocou uma nova raiz robusta entre dois ramos bacterianos principais, ou seja, Gracilicutes e Terrabacteria, embora com incertezas quanto à posição filogenética da linhagem Fusobacteriota . . No entanto, ainda não está claro quando as bactérias termofílicas se originaram e como o seu metabolismo evoluiu.

O potencial metabólico previsto do último ancestral comum bacteriano (LBCA) ou da linhagem bacteriana divergente inicial pode lançar luz sobre os primeiros ambientes da Terra e o ecossistema inicial . Para bactérias termofílicas, vários estudos anteriores com foco em diferentes linhagens, como Thermotogota29, Aquificota30 e Coprothermobacterota31, revelaram uma história evolutiva complexa com uma alta proporção de genes transferidos horizontalmente de outros procariontes. No entanto, ainda falta um estudo evolutivo baseado em análises genômicas comparativas abrangentes dos principais clados bacterianos termofílicos. Embora as análises metagenómicas sem cultivo tenham expandido enormemente o nosso conhecimento da diversidade bacteriana32,33, a investigação sobre bactérias termofílicas ainda requer estirpes isoladas para fornecer provas directas da sua fisiologia, tais como a temperatura óptima de crescimento para confirmar as suas características termofílicas. No entanto, é extremamente difícil obter novas bactérias termofílicas de cultura pura, especialmente para clados de ramificação profunda.