Polvos e outros cefalópodes são referência em camuflagem, em grande parte por causa de uma pele capaz de mudar de cor e fazê-los parecer “sumir” no ambiente. Agora, cientistas descrevem um avanço importante rumo a recriar essa habilidade.
Camuflagem dos cefalópodes e o pigmento xantommatina
Um grupo liderado pela Universidade da Califórnia em San Diego (UC San Diego) conseguiu produzir em grande escala um pigmento essencial, a xantommatina, presente na pele de aparência psicadélica de muitos cefalópodes. Até aqui, a xantommatina era difícil de obter: coletá-la a partir de animais não era viável, e sintetizá-la em laboratório também se mostrava pouco prático.
Na prática, os pesquisadores não “fabricaram” o pigmento diretamente. Em vez disso, eles bioengenheiraram bactérias para produzi-lo, levando microrganismos a gerar essa substância rara e, ao mesmo tempo, a fazê-lo com uma eficiência inédita - chegando a render até 1.000 vezes mais xantommatina do que abordagens anteriores.
Ter acesso mais simples à xantommatina pode facilitar estudos sobre a camuflagem dos cefalópodes, possivelmente revelando novos detalhes sobre esse fenômeno natural e oferecendo pistas para tentarmos imitá-lo.
Além de impulsionar a busca humana por “poderes de polvo”, o trabalho também aponta para avanços na compreensão de fabricação microbiana. Se for possível “convencer” bactérias a produzir outras moléculas da mesma forma, isso pode resultar em melhorias expressivas frente a processos industriais atuais.
"Desenvolvemos uma nova técnica que acelerou nossa capacidade de produzir um material - neste caso, a xantommatina - em uma bactéria pela primeira vez", diz o autor sênior Bradley Moore, químico marinho da Scripps Oceanography e da UC San Diego.
"Esse pigmento natural é o que dá a um polvo ou a uma lula a capacidade de se camuflar - um superpoder fantástico - e nosso avanço para aumentar a produção desse material é apenas a ponta do iceberg", afirma Moore.
Como a UC San Diego levou bactérias a produzir xantommatina
Para obter altos rendimentos de bactérias pouco dispostas a colaborar, a equipe aplicou um método novo, batizado de "biossíntese acoplada ao crescimento". A lógica foi criar um incentivo: relacionar a sobrevivência das bactérias à produção do pigmento, de modo que elas passassem a fabricar grandes quantidades de xantommatina para conseguir crescer.
"Precisávamos de uma abordagem totalmente nova para enfrentar esse problema", diz a autora principal Leah Bushin, que conduziu o estudo no laboratório de Moore, na Scripps Oceanography.
"Essencialmente, criamos um jeito de enganar as bactérias para que produzissem mais do material de que precisávamos."
Bactérias tendem a ser “pragmáticas”: elas evitam desperdiçar recursos limitados fazendo produtos que não sejam estritamente necessários para sua sobrevivência.
Por isso, Bushin e seus colegas apresentaram uma proposta irrecusável. Eles alteraram geneticamente células "doentes", que só conseguiam crescer se continuassem produzindo dois compostos: xantommatina e ácido fórmico.
O ácido fórmico funcionava como combustível. E, como a bactéria passava a produzir uma molécula de ácido fórmico para cada nova molécula de pigmento, ela só teria energia suficiente para se multiplicar se mantivesse a produção do pigmento. Esse ciclo de retroalimentação sustentou uma fabricação intensa de xantommatina.
"Nós fizemos com que a atividade nessa via - de produzir o composto de interesse - fosse absolutamente essencial para a vida", diz Bushin. "Se o organismo não produzir xantommatina, ele não cresce."
Resultados, otimizações e implicações para a biomanufatura
Com a técnica, foi possível chegar a até 3 gramas de pigmento por litro de meio de cultivo. Pode parecer pouco, mas, segundo a equipe, é um valor muito acima dos 5 miligramas por litro obtidos por outros métodos.
Depois de estabelecer as condições necessárias, os resultados não demoraram a aparecer.
"Foi um dos melhores dias da minha vida no laboratório", conta Bushin. "Eu montei o experimento e deixei durante a noite. Quando voltei na manhã seguinte e percebi que tinha funcionado e que estava produzindo muito pigmento, fiquei eufórica. Momentos como esse são o motivo de eu fazer ciência."
Além do ciclo de retroalimentação que sustenta a estratégia, os pesquisadores aprimoraram as linhagens com evolução adaptativa em laboratório e recorreram a ferramentas de bioinformática para elevar a eficiência e permitir que os microrganismos sintetizassem o pigmento a partir de uma única fonte de nutriente, como a glicose.
Os achados sugerem um potencial marcante para esse conceito, segundo o coautor Adam Feist, bioengenheiro da UC San Diego.
"Este projeto oferece um vislumbre de um futuro em que a biologia viabiliza a produção sustentável de compostos e materiais valiosos por meio de automação avançada, integração de dados e design orientado por computação", diz Feist.
"Aqui, mostramos como podemos acelerar a inovação em biomanufatura ao reunir engenheiros, biólogos e químicos e usar algumas das técnicas mais avançadas de engenharia de linhagens para desenvolver e otimizar um produto novo em um período relativamente curto."
O estudo foi publicado na Nature Biotechnology.
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