Micróbios em água a ferver, gelo e lama tóxica: o que os extremófilos revelam

Quem pensa em vida no espaço costuma imaginar homenzinhos verdes ou cenas de ficção científica. No entanto, as investigadoras e os investigadores estão, neste momento, mais interessados em água a ferver, camadas antigas de gelo e poços de lamas tóxicas. Nesses ambientes vivem micróbios que viram do avesso a nossa noção de «inóspito» - e que também dão pistas sobre como e onde procurar vida noutros corpos celestes.

Extremófilos: micróbios com superpoderes em água a ferver e gelo

Em nascentes escaldantes, em salmouras altamente concentradas, em lagos muito ácidos ou no gelo glaciar, vive uma faixa muito particular de organismos: os chamados extremófilos. São micro-organismos capazes de suportar condições em que bactérias ou fungos comuns se desfariam há muito.

Alguns exemplos destes sobreviventes extraordinários:

• bactérias que crescem em nascentes a mais de 90 graus
• arqueias que adoram sal puro e tingem de rosa lagos em desertos salgados
• micróbios que toleram sem dificuldade ácidos ou bases muito fortes
• seres do fundo do mar que vivem sob pressões gigantescas e sem luz solar

Durante décadas, foram vistos como figuras exóticas da biologia. Agora, um estudo publicado na revista Frontiers in Microbiology mostra que precisamente estes casos fora do comum têm um papel central em duas grandes questões: como tornar as nossas indústrias mais amigas do clima e como detetar vestígios de vida para lá da Terra.

Os micróbios de ambientes extremos não só fornecem novas ferramentas para tecnologias amigas do ambiente, como também servem de modelo para perceber como a vida poderá apresentar-se em planetas distantes.

As extremozimas e o poder dos micróbios extremos

O verdadeiro tesouro destes micróbios está no seu interior: proteínas especiais conhecidas por extremozimas. Estas enzimas mantêm-se estáveis em condições em que as proteínas normais simplesmente «desistem».

Graças a elas, tornam-se possíveis aplicações surpreendentes:

• Enzimas resistentes ao calor na medicina: o célebre método PCR, usado para multiplicar ADN, recorre a uma enzima de uma bactéria descoberta em nascentes quentes do Parque Nacional de Yellowstone.
• Enzimas no quotidiano: fabricantes de detergentes utilizam-nas para remover manchas já a baixas temperaturas, poupando energia e, por consequência, emissões.
• Biocombustível em vez de lixo: enzimas de micróbios especiais decompõem resíduos vegetais muito resistentes, permitindo transformar esse material em biocombustíveis.
• «Equipas de limpeza» naturais: alguns micro-organismos ligam ou convertem metais pesados muito tóxicos, como o mercúrio, em formas menos perigosas.

As investigadoras e os investigadores chamam a isto biorremediação: solos contaminados ou águas residuais vão sendo desintoxicados passo a passo através de processos biológicos. Num mundo com passivos ambientais deixados pela mineração, pela indústria química e pela agricultura intensiva, esta abordagem funciona como uma caixa de ferramentas para soluções ambientais concretas.

Os extremófilos mostram que a vida não se limita a ultrapassar fronteiras - usa-as para desenvolver capacidades novas que ainda estamos muito longe de reproduzir tecnologicamente.

Como o laboratório e o computador tornam úteis os micróbios extraordinários

Continua a existir um obstáculo: muitos destes organismos só se sentem bem em meios extremos - sob pressões absurdas, em concentrações tóxicas ou em grutas de gelo. Criar essas condições de forma permanente no laboratório é dispendioso e, muitas vezes, pouco exequível.

Por isso, as equipas recorrem cada vez mais a duas ferramentas:

• Modelos computacionais – os chamados modelos metabólicos em escala genómica simulam de que modo um micro-organismo usa nutrientes, obtém energia e que substâncias produz em simultâneo.
• Edição genética – com métodos como o CRISPR, os cientistas intervêm de forma direcionada no material genético e reforçam características desejadas.

Em vez de manter todo o «zoológico microbiano problemático» num reator de alta pressão, as cientistas e os cientistas transferem genes selecionados para estirpes bacterianas mais fáceis de gerir. Estas «bactérias domésticas» podem então ser cultivadas em biorreatores normais.

Daí nascem verdadeiras microfábricas. Produzem, por exemplo:

• antibióticos com novos mecanismos de ação
• plásticos biodegradáveis
• blocos de construção para medicamentos e produtos químicos finos

O estudo sublinha que a bioengenharia moderna transforma estes organismos extremos numa plataforma para bioprodução sustentável - com menor impacto ambiental e maior eficiência na utilização de recursos.

Porque os extremófilos dão pistas sobre vida extraterrestre

Talvez o ponto mais fascinante seja este: estes micróbios obrigam-nos a repensar onde a vida pode sequer existir. Durante muito tempo, assumiu-se que a vida precisava de temperaturas agradáveis, água líquida à superfície e alguma luz solar. Hoje, percebe-se o quão estreita era essa ideia.

Na Terra existem ecossistemas que funcionam totalmente sem luz solar. Em fontes hidrotermais de profundidade, os micróbios vivem da energia química e utilizam gases como o sulfureto de hidrogénio ou o metano. Em solos gelados, células sobrevivem na minúscula película líquida entre cristais de gelo, por vezes durante milénios.

Para a astrobiologia, isto significa:

• Marte não precisa de ter sido quente e azul para ter dado origem a vida - lagos salgados e ocasionalmente congelados também poderiam ter chegado.
• Por baixo da crosta de gelo de luas como Europa ou Encélado, podem existir oceanos com fontes hidrotermais, semelhantes aos fundos oceânicos profundos.
• Mesmo radiação intensa ou atmosferas tóxicas não excluem necessariamente a vida, se os micróbios desenvolverem estratégias para proteger ou reparar o seu ADN.

Ao recolher amostras em ambientes extremos da Terra, as equipas aprendem a identificar «impressões digitais» típicas de atividade biológica: certas combinações de gases, moléculas orgânicas características ou estruturas na rocha. São precisamente esses sinais que as sondas espaciais procuram em Marte, em amostras de cometas ou, no futuro, em luas geladas.

Assinaturas da vida: em que se fixam as sondas espaciais

No planeamento de missões, microbiologistas e geoquímicos trabalham lado a lado. Juntos, definem quais as medições que mais valem a pena. Algumas biossinais possíveis são, por exemplo:

Sinal	Significado
Relação entre isótopos específicos	Indício de que reações químicas foram influenciadas por organismos
Moléculas orgânicas com estrutura definida	Podem ser subprodutos de células ou de vias metabólicas
Gases como o metano em variação	Flutuações no tempo sugerem fontes ativas, possivelmente biológicas

O estudo sobre micróbios extremos oferece, assim, uma espécie de catálogo: como é um habitat que está apenas um pouco acima do ponto de congelação? Que substâncias se acumulam aí? Como se altera a rocha em nascentes quentes e ácidas onde vivem micróbios? Estes padrões servem de comparação quando chegam dados de rovers marcianos ou de futuros módulos de aterragem.

Oportunidade e risco: o que a investigação em extremófilos implica

A utilização destes micróbios traz oportunidades, mas também levanta questões. No lado positivo, destacam-se:

• menor consumo de energia graças a enzimas mais eficientes em processos industriais
• novas vias para recuperar solos contaminados ou passivos ambientais
• produção mais amiga do clima de materiais e medicamentos

Ao mesmo tempo, a comunidade científica debate questões de biossegurança. Quando organismos extremamente robustos são geneticamente modificados em laboratório, têm de existir níveis de proteção e mecanismos de controlo para evitar que escapem inadvertidamente para o ambiente. Na exploração espacial, surge ainda a questão da «contaminação planetária»: será que as sondas que procuram vida alienígena devem levar consigo micróbios terrestres capazes de sobreviver a quase tudo?

Por isso, aplicam-se regras rigorosas: as sondas destinadas a alvos sensíveis, como Europa ou Encélado, são limpas ao pormenor para não «sobrepor» ecossistemas estranhos com extremófilos terrestres - e para não deturpar descobertas futuras.

O que o público em geral pode retirar desta investigação

Muitos destes conceitos parecem abstratos à primeira vista. No dia a dia, porém, este tema está mais perto do que se imagina:

• as temperaturas indicadas nos detergentes modernos também se baseiam em descobertas da investigação sobre enzimas
• testes de COVID-19 e outros procedimentos PCR dificilmente teriam sido tão rápidos e fiáveis sem enzimas termoestáveis vindas de habitats extremos
• novos bioplásticos ou combustíveis atualmente em teste devem uma parte importante das suas propriedades a micróbios extremos ou aos seus genes

Na prática, isto significa que o investimento na ciência fundamental sobre ambientes aparentemente exóticos costuma traduzir-se, anos mais tarde, em produtos muito concretos - da máquina de lavar à sonda espacial.

E há ainda outra conclusão que se torna clara: a pergunta «estamos sozinhos no Universo?» não se decide apenas em galáxias distantes, mas também em nascentes quentes, lagos salgados e camadas de gelo do nosso próprio planeta. Quem percebe quão resistente e inventiva pode ser a vida aqui passa a ler os sinais noutros corpos celestes de forma totalmente diferente.