Comunidades de micróbios também têm memória

Além de traçar paralelos surpreendentes entre organismos de nível simples e neurônios sofisticados, a descoberta fixa bases para sistemas biológicos com capacidade de memória

Impressões de memória: os pesquisadores usaram a exposição à luz para impressionar um padrão complexo (o antigo logotipo da Geisel Library, da Universidade da Califórnia em San Diego, espalhado por uma área um pouco menor que a espessura de um fio de cabelo humano) em um biofilme – composto por centenas de bactérias individuais – que lembrava o estímulo inicial da luz, semelhante ao modo como os neurônios formam a memória. Crédito: Süel Lab, UC San Diego

Biólogos que estudam comunidades de bactérias, ou biofilmes, descobriram que esses organismos considerados simples apresentam uma capacidade robusta de memória. Trabalhando no laboratório da Universidade da Califórnia em San Diego (EUA), Gürol Süel, Chih-Yu Yang, Maja Bialecka-Fornal e colegas americanos e da Universitat Pompeu Fabra (Espanha) descobriram que as células bacterianas estimuladas pela luz lembraram-se da exposição horas após o estímulo inicial. Os pesquisadores foram capazes de manipular o processo para que os padrões de memória surgissem.

As descobertas, descritas na revista “Cell Systems”, revelam paralelos surpreendentes entre organismos unicelulares de nível mais simples e neurônios sofisticados que processam a memória no cérebro humano. Elas também fornecem um caminho inicial para os cientistas projetarem um dia sistemas básicos de computação com organismos vivos, como bactérias.

“Mesmo alguns anos atrás, as pessoas não pensavam que as células bacterianas e os neurônios eram iguais porque são células bem diferentes”, disse Süel. “Esse achado em bactérias fornece pistas e a chance de entender algumas das principais características do cérebro em um sistema mais simples. Se entendermos como algo tão sofisticado quanto um neurônio surgiu – suas raízes antigas –, temos uma chance melhor de entender como e por que ele funciona de uma certa maneira.”

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Duração de horas

Após descobertas recentes do laboratório de Süel de que as bactérias usam canais de íons para se comunicar, uma nova pesquisa sugeriu que elas também podem armazenar informações sobre seus estados passados. No novo estudo, os pesquisadores foram capazes de codificar padrões complexos de memória em biofilmes bacterianos com alterações induzidas pela luz no potencial da membrana celular da bactéria Bacillus subtilis. As impressões ópticas, eles descobriram, duraram horas após o estímulo inicial, levando a uma representação direta e controlável de resolução de célula única da memória.

“Quando perturbamos essas bactérias com a luz, elas se lembraram e responderam de maneira diferente a partir desse momento”, disse Süel. “Então, pela primeira vez, podemos visualizar diretamente quais células têm memória. Isso é algo que não podemos visualizar no cérebro humano.”

A capacidade de codificar a memória em comunidades bacterianas, dizem os pesquisadores, poderia permitir a computação biológica futura através da impressão de padrões complexos de memória espacial em biofilmes.

“As bactérias são a forma de vida dominante neste planeta”, disse Süel. “Ser capaz de gravar memória em um sistema bacteriano e fazê-lo de maneira complexa é um dos primeiros requisitos para poder fazer cálculos usando comunidades bacterianas.”

Os pesquisadores no estudo acrescentam: “Portanto, pode ser possível imprimir circuitos sintéticos em biofilmes bacterianos, ativando diferentes tipos de cálculos em áreas separadas do biofilme… No geral, nosso trabalho provavelmente inspirará novas abordagens em biologia sintética baseadas no potencial de membranas e fornecerá um paradigma bacteriano para sistemas biológicos com capacidade de memória”.

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