Microbioma dos corais e a descoberta de fármacos marinhos nos recifes

As esponjas marinhas têm guiado grande parte do que os cientistas dos recifes designam por descoberta de fármacos marinhos. A química que produzem é invulgar, diversa e está bem descrita.

Outros organismos visíveis dos recifes aparecem bem mais abaixo nessa lista - e os corais construtores de recifes, por exemplo, quase nem figuravam.

Um estudo que acabou de inventariar os genomas de centenas de micróbios associados a estes corais mostrou por que motivo essa ausência foi um erro.

Contar o invisível

As amostras foram recolhidas numa expedição pelo oceano Pacífico que terminou em 2018. A bordo da escuna Tara, os investigadores recolheram mais de 800 fragmentos de coral em recifes distribuídos por cerca de 30 ilhas.

A equipa foi liderada por Shinichi Sunagawa, ecólogo microbiano da ETH Zurique, que coordenou a reconstrução de genomas microbianos a partir desses fragmentos.

O trabalho identificou 645 espécies microbianas - bactérias e organismos unicelulares antigos conhecidos como arqueias - a viver à superfície ou no interior de três grupos de corais construtores de recifes.

Mais de 99% dessas espécies nunca tinha sido registado em qualquer base de dados genómica. Sunagawa explicou que, na prática, eram organismos desconhecidos para a ciência.

Uma organização específica do hospedeiro

Os investigadores verificaram se estes micróbios poderiam ter simplesmente chegado ali vindos das águas abertas. Não era o caso.

Ao compararem amostras de coral com água do mar recolhida a distâncias progressivamente maiores, observaram que o microbioma dos corais praticamente desaparecia para lá de pouco mais de um metro do hospedeiro.

Mesmo dentro do mesmo recife, corais diferentes transportavam comunidades distintas. Entre os três grupos de corais analisados, 95% das espécies microbianas surgia apenas num único tipo de hospedeiro.

O padrão lembrava a forma como os micróbios da pele e do intestino humanos permanecem ligados a locais específicos do corpo. Esta organização específica do hospedeiro foi descrita numa revisão recente.

Uma farmácia na camada de muco

Estes micróbios não estão inactivos. Para se protegerem de agentes patogénicos, predadores e concorrentes num ecossistema denso, tudo indica que fabricam substâncias químicas.

Muitas dessas substâncias são pequenas moléculas do tipo que as empresas farmacêuticas investem fortunas a tentar criar.

A equipa analisou cada genoma em busca das instruções genéticas que os micróbios marinhos usam para montar essas moléculas.

Os micróbios dos recifes apresentavam mais dessas “receitas” por espécie do que o grupo tinha encontrado num estudo anterior realizado no oceano aberto.

Cerca de 64% desses esquemas genéticos nunca tinha sido descrito.

Não se trata de pequenas variações de compostos já disponíveis numa prateleira de um químico: são instruções para uma química que ainda não foi construída.

Corais-de-fogo destacaram-se

Os corais-de-fogo, assim chamados pela picada dolorosa que provocam em nadadores que lhes tocam, não eram esperados como protagonistas desta análise.

Tradicionalmente, a maior parte da investigação em recifes concentrou-se nos corais pétreos, os principais construtores dos recifes de coral.

No entanto, os corais-de-fogo acabaram por alojar o microbioma mais rico dos três grupos comparados.

Por espécie, os seus micróbios continham quase o dobro de agrupamentos génicos de produção de químicos face aos micróbios de corais moles, que tinham sido o foco de estudos mais antigos.

Uma enzima eficiente

Inferir química a partir de um genoma não equivale a demonstrar que ela funciona. Por isso, a equipa seleccionou alguns alvos considerados promissores.

De seguida, avançou com o processo completo: transformar instruções genéticas numa enzima funcional e, finalmente, num composto testável.

Um alvo destacou-se. Uma bactéria pouco estudada do microbioma dos corais continha instruções para uma pequena proteína adornada com grupos químicos em forma de anel, comuns em muitos medicamentos já comercializados.

Quando os investigadores reconstruíram a maquinaria de montagem numa estirpe laboratorial de bactérias, conseguiram produzir a proteína modificada num sistema controlado.

O composto bloqueou a elastase dos neutrófilos humana, uma enzima que contribui para lesão de tecidos em doenças inflamatórias, em concentrações suficientemente baixas para despertar interesse de quem desenvolve fármacos.

A equipa demonstrou ainda que a enzima de montagem funciona tanto em versões encurtadas da proteína como em proteínas concebidas para desempenhar outras funções. Essa flexibilidade é precisamente o que laboratórios de biotecnologia procuram numa ferramenta de partida.

Recifes em risco

Há décadas que se descobrem produtos naturais em organismos marinhos. Ainda assim, antes deste trabalho quase não existiam buscas sistemáticas no interior de corais construtores de recifes.

A análise incluiu três géneros de corais, mas existem várias centenas.

Esponjas, moluscos e algas também alojam comunidades microbianas incalculáveis, e quase nenhuma foi estudada com este nível de detalhe.

Cada um destes grupos pode esconder novas enzimas, antibióticos ou esqueletos moleculares para fármacos - e todos estão a encolher à medida que a água mais quente ameaça os habitats em seu redor.

O desafio que se segue

Durante muito tempo, o argumento para proteger os recifes assentou no turismo, nas pescas e na defesa costeira contra as ondas de tempestade.

O seu valor molecular parecia mais ténue. Surgiam pontualmente alguns medicamentos a partir de organismos de recife, mas não existia um inventário abrangente do que os seus micróbios transportavam.

Esse inventário passa agora a cobrir três tipos de coral em uma bacia oceânica. Os microbiomas dos recifes guardam mais genes codificadores de química por organismo do que o mar circundante.

A maioria continua por decifrar, mas uma única viagem já permitiu obter uma enzima funcional com interesse farmacêutico.

“A investigação molecular nos recifes de coral oferece um enorme potencial para aplicações biotecnológicas e médicas”, disse Jörn Piel, químico da ETH Zurique.

O problema, daqui para a frente, é o tempo: os recifes estão a desaparecer mais depressa do que a química no seu interior pode ser lida, e grande parte do que se perde nunca mais voltará a ser amostrado.