DiversiDADe MicroBiAnA AssociADA Ao corAl.

Por terem co-evoluido em íntima associação com micro-organismos de diversos grupos, os corais são especial- mente interessantes do ponto de vista ecológico e evolutivo. Juntos, o cnidário e os micro-organismos compõem o que os cientistas têm denominado de holo- bionte (Box 1).

Os corais fornecem três micro-habi- tats (Figura 1) que são colonizados por micro-organismos: o muco, os tecidos e o esqueleto de carbonato de cálcio (6, 7). Os micro-organismos residentes no tecido e no muco de uma mesma es-

pécie de coral podem ser quantitativa e/ou qualitativamente diferentes, com- pondo comunidades microbianas únicas (7). O esqueleto do coral caracteriza-se como uma estrutura porosa na qual se insere a comunidade microbiana endo- lítica, responsável por grande parte do suprimento de nitrogênio e pela produ- ção de compostos orgânicos a partir da fotossíntese de cianobactérias (8). Vale ressaltar também a presença de micro- organismos eucariontes, especialmente protozoários dinoflagelados do gênero

Symbiodinium, conhecidos como zoo-

xantelas. Esses dinoflagelados são os elementos fotossintetizantes mais signi- ficativos no holobionte coral, recebendo metabólitos do cnidário e fornecendo, em contrapartida, nutrientes orgânicos usados como substratos respiratórios. Muitos micro-organismos marinhos são importantes participantes no ciclo global de bioelementos como o nitrogênio, car- bono, oxigênio, fósforo, enxofre, ferro e oligoelementos (9), mas a parcela exata das contribuições microbianas ainda são mal conhecidas.

Apesar dessas lacunas no conheci- mento acredita-se que os micro-organis- mos são os principais responsáveis pela manutenção dos ciclos biogeoquímicos marinhos, devido a versatilidade do seu metabolismo e a enorme biomassa mi- crobiana presente nos oceanos (10).

A partir de estudos microbiológicos em corais, Reshef e colaboradores (2006) propuseram a “hipótese probióti- ca do coral”, explorando a dinâmica da relação simbiótica entre a comunidade microbiana e o coral hospedeiro (Figura 2) (11). A ampla variedade genética de micro-organismos no holobionte confe- re resistência a diferentes patógenos e permite rápida adaptação a novas condi- ções ambientais.

O pesquisador Forest Rohwer e co- laboradores (2002) foram os primeiros a aplicar técnicas independentes de cultivo para avaliar comunidades microbianas associadas a corais (12), revelando uma grande diversidade de espécies micro- bianas, boa parte completamente des- conhecida, ou seja, ainda não descrita pela comunidade científica. Este estudo pioneiro da ecologia microbiana nos co- rais também contribuiu para demonstrar que os métodos de cultivo (microbiologia

Box 1: Holobionte.

O holobionte coral refere-se a um sistema complexo de interações entre o organismo hospedeiro (o cnidário) e representantes dos três domínios de vida: Eucaria, Bacteria e Archaea, assim como inúmeros vírus. Essa simbiose oferece para cada componente uma série de van- tagens. Por exemplo, as bactérias proporcionam nutrientes para o hos- pedeiro, participando de processos envolvendo resíduos metabólicos e a produção de metabólitos secundá- rios que são importantes nos meca- nismos de defesa do coral (2) .

Figura 1. Estrutura do tecido do coral. O coral é composto de três estruturas que servem de habitat para as bactérias: a camada superficial de muco, os tecidos e o esqueleto de carbonato de cálcio (CaCO3).

clássica) não conseguem refletir a total estimativa da composição da diversida- de microbiana dos recifes de coral.

Os estudos mais recentes visando analisar comunidades microbianas do coral holobionte têm adotado técnicas moleculares (6, 13). Há uma variedade de técnicas moleculares que podem ser aplicadas, sendo que cada uma possui vantagens e desvantagens de acordo com os objetivos da pesquisa. Por exem- plo, técnicas moleculares que exploram as variações dentro do gene rDNA ou regiões intergênicas (entre genes rDNA) permitiram que o campo da ecologia microbiana em corais progredisse rapi- damente nessa última década (14, 15). Entretanto, essas técnicas limitam-se em analisar apenas a estrutura da comu- nidade microbiana, com pouca ênfase em aspectos funcionais (Figura 3a). Em contrapartida, para acessar a funciona- lidade, ou buscar genes de interesse biotecnológico, a abordagem metagenô- mica (Box 2) tem surgido como principal opção, permitindo o acesso direto aos genomas complexos dos ecossistemas marinhos (Figura 3b) (16, 17).

Neste aspecto, vale ressaltar os avanços nas técnicas de sequenciamen- to de DNA. Por exemplo, técnicas como o pirosequenciamento têm gerado da- dos mais robustos e com melhor custo- benefício (18, 19). É importante ressaltar que a maioria dos estudos realizados atualmente não visa clonagem de DNA e transformação em células hospedei- ras, ou seja, estas etapas podem ser substituídas simplesmente pelo sequen- ciamento direto do DNA metagenômico, diminuindo o tempo de trabalho laborato- rial e em custos adicionais.

Com base nesses avanços recentes, tem sido possível estabelecer quais os di- ferentes grupos de micro-organismos re- sidentes nos diversos corais holobiontes, mesmo quando estes não fazem parte dos grupos dominantes e estão presentes em quantidade diminuta. Por exemplo, diferentes espécies de Cianobactérias e Proteobactérias são tidas como residen- tes permanentes, independentemente da espécie de coral analisado ou de sua localização geográfica, dada a grande similaridade observada nas sequências desse filos. Firmicutes, Bacteroides e Planctomicetos são outros filos que com-

Figura 2. Relações de simbiose entre o coral e seus micro-organismos hospe- deiros. O coral funciona como fonte de carbono e nutrientes para seus hospe- deiros, e estes oferecem produtos metabólicos em troca.

Figura 3. Diferentes abordagens para estudo da comunidade microbiana a partir de amostras de coral. (A) Abordagem ecológica pela amplificação e aná- lise de genes ribossomais. (B) Abordagem biotecnológica com a construção de bibliotecas metagenômicas e seleção dos clones com atividade positiva. Box 2: Metagenoma.

Metagenoma é o conjunto total de genomas da microbiota em uma dada amostra ambiental. A abordagem metagenômica é baseada na recuperação do DNA, seguida ou não de clonagem e análise de todo o complemento genético de um habitat, conten- do muito mais informação do que aquela alcançada a partir das técnicas de cultivo in

vitro (3). Essa metodologia aumenta enormemente nosso entendimento sobre a estru-

tura e funcionalidade das comunidades de micro-organismos, assim como o descobri- mento de novos genes e vias metabólicas sem a necessidade de cultivo.

põem a comunidade bacteriana do ho- lobionte (14, 20, 21). Apesar dessas ge- neralidades, sabe-se que a comunidade microbiana em escalas taxonômicas mais refinadas tende a ser espécie-específica, assim como completamente distintas das comunidades microbianas presentes na água do mar (14). Esses resultados de- monstraram que as diferentes espécies de corais são capazes de fornecer habitat específico para evolução de determina- dos grupos de microrganismos marinhos. Além disso, Littman e colaboradores (2009), ao analisar espécies de coral do gênero Acropora, demonstraram que a di- versidade de bactérias também difere sig- nificativamente em função da localização geográfica das colônias, indicando que fatores ambientais exercem um importan- te papel na determinação da microbiota presente em um dado coral (22), dando suporte à “hipótese probiótica” (11).

Grande parte dos estudos nesta área é exclusivamente focada na diversidade do domínio Bacteria (23-25). Este domí- nio apresenta algumas “facilidades” para análise, tais como genes conservados utilizados como marcadores (16S rRNA, rpoB) e, conseqüentemente, bancos de dados consolidados que possibilitam sua a identificação e classificação funcional. A diversidade de Archaea (13), fun- gos e protistas (26), assim como dos nu- merosos vírus (27), são outros importan- tes campos que merecem estudos sobre suas respectivas funções no holobionte.

3. DoençAs que AfetAM os