Quem já remexeu nas areias de uma ria durante a maré baixa talvez já tenha reparado que, por debaixo de uma camada fina de sedimentos claros, está outra camada quase negra. Esta cor escura deve-se à presença de bactérias que respiram enxofre em vez de oxigénio. Uma equipa do Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB) da Universidade Nova de Lisboa, em Oeiras, em conjunto com cientistas de outros países, desvenda na edição desta sexta-feira da revista Science o mistério do processo de obtenção de energia durante a respiração destes microrganismos.

Quem já remexeu nas areias de uma ria durante a maré baixa talvez já tenha reparado que, por debaixo de uma camada fina de sedimentos claros, está outra camada quase negra. Esta cor escura deve-se à presença de bactérias que respiram enxofre em vez de oxigénio. Uma equipa do Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB) da Universidade Nova de Lisboa, em Oeiras, em conjunto com cientistas de outros países, desvenda na edição desta sexta-feira da revista Science o mistério do processo de obtenção de energia durante a respiração destes microrganismos.

Afinal, no processo de respiração do sulfato, um dos compostos de enxofre mais abundante na Terra, existe um passo adicional. Sulfato, sulfito e sulfureto? Agora já não é só assim e a nova sequência de passos é esta: sulfato, sulfito, trissulfureto e sulfureto.

Certos microrganismos começam por respirar o sulfato (uma molécula que tem um átomo de enxofre e quatro átomos de oxigénio), que depois é convertido em sulfito (uma molécula de enxofre e três oxigénios) e o resultado final é o sulfureto (um átomo de enxofre sem oxigénio). Só que na passagem do sulfito para o sulfureto existe ainda mais um intermediário, até agora desconhecido – o trissulfureto, uma molécula mais complexa com três átomos de enxofre.

As bactérias que respiram enxofre formam um grupo muito variado e habitam muitos ambientes diferentes. “Onde existe uma maior concentração destes organismos é nos sedimentos marinhos”, conta ao PÚBLICO Inês Pereira, do ITQB, líder deste projecto de investigação. O resultado da sua respiração – o sulfureto – é precisamente o que dá a cor negra aos sedimentos da ria Formosa, por exemplo.

“O sulfato é muito abundante na água do mar. Nas camadas superficiais dos sedimentos, há oxigénio e vivem bactérias que respiram oxigénio. Como têm um metabolismo muito elevado, consomem muito oxigénio, de tal forma que um pouco mais abaixo já não existe oxigénio”, continua a investigadora. Nas camadas inferiores dos sedimentos, vivem outras bactérias, que respiram sulfato. “O sulfureto resultante da respiração reage com os metais existentes nos sedimentos, como o ferro, a que se deve a cor escura dos sedimentos.”

Mas em certos contextos, o sulfureto resultantes da respiração destas bactérias podem ter consequências negativas. “Estas bactérias existem também [naturalmente] nos nossos intestinos. Porém, nalgumas pessoas os sulfuretos podem causar uma resposta inflamatória nos intestinos”, refere Inês Pereira.

Os sulfuretos são também monitorizados, por exemplo, nas explorações petrolíferas no mar, onde o contacto entre estas bactérias presentes na água e o petróleo pode levar à produção de sulfureto, que é tóxico para os trabalhadores e reduz a qualidade do petróleo.

Início da vida na Terra

Voltando ao processo de respiração, é através dela que as células obtêm energia dos nutrientes. Durante o processo, libertam-se electrões dos nutrientes que têm de ser transferidos para outro composto químico: “No nosso caso, de cada vez que respiramos os electrões que extraímos dos alimentos são transferidos para o oxigénio, que é reduzido à água que sai na nossa respiração”, explica Inês Pereira.

Mas em ambientes em que não há oxigénio vivem organismos que respiram compostos alternativos, como o sulfato. “As bactérias redutoras de sulfato usam-no em vez do oxigénio e, em vez de produzirem água, produzem sulfureto”, continua a investigadora.

Sabia-se já que durante este tipo de respiração o sulfato, ao receber electrões, passa a sulfito e depois a sulfureto. Sabia-se também que era nesta fase que se produzia energia. Mas não se sabia como se formava o sulfureto nem como se produzia a energia. “Há muito tempo que tentávamos desvendar este mistério do último passo. Em 2008, conseguimos determinar a estrutura das duas proteínas envolvidas neste passo”, conta Inês Pereira.

A partir daqui, a equipa foi estudar o modo de acção destas duas proteínas em dois grandes grupos de seres vivos que respiram sulfato – bactérias e arqueobactérias. Foi um projecto que envolveu a equipa do ITQB durante mais de três anos e que contou com a colaboração de investigadores da Universidade de Bona (Alemanha) e da Universidade de Harvard (Estados Unidos).

Os cientistas isolaram estas proteínas e estudaram como actuavam tanto in vitro como nas próprias bactérias, alterando algumas partes, para compreender a sua acção. E assim desvendaram o mistério: uma das proteínas actua sobre o sulfito, que por sua vez se liga a partes da segunda proteína, formando assim um composto intermédio, o trissulfureto.

Descobriram também que este trissulfureto é depois transformado em sulfureto na membrana da célula — e, como em todos os processos envolvidos na produção de energia na célula, este último passo está associado à membrana celular.

“Agora que percebemos como se dá a produção do sulfureto a nível molecular, podemos arranjar inibidores para este passo”, conclui Inês Pereira. A equipa do ITQB está agora a iniciar esta investigação, que passa por criar moléculas pequenas capazes de impedir a respiração destas bactérias.

A respiração do sulfato é um processo muito antigo. Há 2500 milhões de anos, ainda antes de haver oxigénio na Terra, já existiam bactérias a respirar sulfato. “Mesmo antes disso, desde há 3500 milhões de anos, havia organismos a respirar compostos de enxofre, principalmente sulfito, tiossulfato e o próprio enxofre. O sulfato só apareceu mais tarde na atmosfera.”

A descoberta de um novo passo na respiração do sulfato terá assim implicações para o estudo da evolução do ambiente na Terra, pois os geoquímicos usam as taxas de processamento do enxofre para desenvolver modelos da evolução do ambiente na Terra ao longo das eras geológicas, sublinha um comunicado do ITQB. Esta descoberta afecta estes cálculos e estes modelos terão de ser revistos.

Em suma, a partir de agora os manuais de microbiologia terão de ser reescritos na parte sobre a respiração anaeróbica. E assim passa agora a constar sulfato, sulfito, trissulfureto e sulfureto.

Texto editado por Teresa Firmino