Em formação

Até que ponto as bactérias podem realmente ver?


Encontrei alguns artigos populares (por exemplo, nbcnews e iflscience) que as bactérias podem "ver", mas duvido que seja da mesma forma que as pessoas fazem apenas de olhar para as limitações na visão de pequenos animais como insetos. Então, o que exatamente as bactérias são capazes de "ver" ou quais são as limitações de sua visão?


A resposta simples é que muitos organismos simples, incluindo bactérias, carregam moléculas sensíveis à luz. Um exemplo é a halorodopsina (não bacteriana, mas arqueológica). Esta é uma molécula, bomba de íons controlada por luz, que reage à luz, permitindo assim que o organismo reaja aos fótons, alterando a concentração de certos íons dentro da célula.

Estudo de Stanford descreveu molécula semelhante encontrada em bactérias.

Concluindo, se por "visão" você entende a habilidade de reagir à luz na parte visível do espectro, então muitos organismos possuem tal habilidade. No entanto, eles carecem de outras partes cruciais da visão humana.


Como as bactérias são extremamente pequenas, os princípios da óptica evitam que tenham lentes ou outros órgãos capazes de determinar a direção da incidência da luz. Por outro lado, toda uma bactéria esférica pode potencialmente atuar como uma lente, concentrando a luz de uma determinada direção em uma posição correspondente no lado oposto da bactéria e, assim, formando uma imagem muito grosseira. As bactérias certamente são capazes de responder à frequência da luz incidente, se contiverem moléculas que absorvem luz seletivamente em faixas de frequência específicas. E, eles devem ser capazes de responder ao brilho ou intensidade da luz incidente, se essas moléculas retornarem ao seu estado normal logo após a absorção de um fóton. Claro, maquinaria molecular adicional precisaria estar presente em uma bactéria para traduzir a absorção de um fóton em qualquer tipo de resposta significativa.


Estou surpreso com o foco na luz em todas essas respostas! Pelo que sei, a luz não é absolutamente a forma como algumas 'bactérias' podem ser capazes de ver.

Tente procurar no youtube por um macrófago (glóbulo branco) perseguindo uma bactéria.

Você pode ver na verdade seguindo as bactérias - é uma loucura. Como diabos ele sabe onde está?

Sinalização química, claro !! Uma espécie de neurotransmissor. Eles secretam substâncias químicas e seguem a trilha - pode ser muito simples, como o transmissor se converte em outra coisa assim que entra em contato com um fosfolipídeo (é claro, indicando uma membrana celular). Não pesquisei isso, mas espero que isso permita que você direcione sua própria linha de pensamento / pesquisa.

Os macrófagos também têm coisas chamadas proteínas 'Toll-Like Receptor' em suas membranas, e eles produzem essas coisas chamadas 'pseudópodes' que são essencialmente antenas / protuberâncias da membrana celular. As proteínas Toll Like Receptor reconhecem antígenos detectando padrões moleculares associados a patógenos que são comuns na superfície de patógenos / objetos não próprios (curiosamente). É assim que funciona o seu sistema imunológico inato mais básico - se a proteína TLR no pseudópode (braços ondulados que localizam o vilão) entra em contato com algo que reconhece como "ruim", ela se liga a ele e o atrai para o sangue branco célula para engolfar.

Mas na verdade não o destrói / digere nesse ponto, porque a proteína TLR não é perfeita e às vezes há algum fogo amigo. Uma célula T (acho que T-Helper) chega e 'verifica duas vezes' se o macrófago não pegou um objeto amigável. Se ele PEGOU um objeto amigo, a célula T realmente matará o macrófago por seu erro (geralmente).

OMG FRED, O QUE VOCÊ FEZ

Ou pelo menos é assim que gosto de imaginar que vai cair.


Bactérias em todos os lugares

Já é hora de deixarmos de ser surpreendidos por bactérias. Muitos artigos sobre esses organismos expressam espanto de que bactérias sejam encontradas onde não se esperava que houvesse vida, ou sejam incrivelmente abundantes ou tenham capacidades imprevistas. Depois de tantos choques, não deveríamos ter descoberto que as bactérias são realmente maravilhosas e esperar ficarmos pasmos? Fiquei emocionado quando descobri que a ABT estava planejando uma edição temática sobre micróbios, porque isso me deu a chance de escrever sobre meus organismos favoritos. No entanto, o problema com as bactérias é que existem tantas e fazem tantas coisas surpreendentes que é difícil focar. Acabei decidindo ir fundo —— fundo na terra e fundo no oceano —— para ver o que as pesquisas mais recentes revelaram. Nem preciso dizer que descobri coisas incríveis.

Antes de prosseguir, devo dizer uma palavra sobre a terminologia. O termo ““ bactérias ”” costumava se referir a todos os procariontes, até a década de 1970, quando Carl Woese descobriu que algumas bactérias eram tão geneticamente diferentes das outras que realmente representam uma categoria diferente de vida, que ele apelidou de “archaea” ”. (Woese e Fox, 1977). Essas espécies tendem a ser encontradas em ambientes extremos - alta pressão, alta temperatura ou alto teor de sal - mas, como a maioria das caracterizações biológicas, esta não é absoluta. Descobriu-se que as Archaea são mais diversas e onipresentes do que se pensava originalmente. E são tão diferentes geneticamente das bactérias que os biólogos agora concordam com a sugestão outrora ultrajante de Woese de que fossem colocados em um domínio separado. Eles agora são considerados geneticamente diferentes das bactérias, pois ambos são dos eucariotos, os membros do terceiro domínio das formas de vida. Tentarei ser fiel à distinção entre archaea e o que agora é denominado “eubactéria” ”, mas isso nem sempre é fácil, porque mesmo em publicações científicas a distinção nem sempre é feita. Se você acha que isso torna as coisas confusas, pode imaginar a confusão que causa aos alunos.


Fotossíntese infravermelha: uma fonte de energia potencial para vida alienígena em lugares sem sol

A fotossíntese & mdash a colheita da luz solar para produzir energia & mdash é o driver final de virtualmente toda a vida na superfície do nosso planeta. A maioria das criaturas fotossintéticas depende da luz óptica, do tipo que vemos, para energizar seu maquinário biológico. No entanto, alguns podem fazer uso de luz infravermelha de baixa energia (e invisível aos nossos olhos). E no caso de um tipo de bactéria & mdashdescoberto anos atrás, nas profundezas da água perto de uma fonte hidrotérmica & mdash, essa luz nem precisa vir do sol.

Um novo estudo explora o potencial da vida fotossintética para persistir em tais condições de falta de sol. A pesquisa visa lançar luz, por assim dizer, sobre como os organismos poderiam viver fora das emissões infravermelhas de fontes hidrotermais em mundos estranhos. Tantalizadoramente, teoriza-se que tais aberturas existam abaixo da superfície da lua oceânica Europa, coberta de gelo de Júpiter e # 8217.

& quotQuando tomamos conhecimento das bactérias que usam luz infravermelha para fotossintetizar, ficamos muito curiosos em verificar o potencial fotossintético com essa luz porque esta é uma medida para saber se a vida poderia prosperar em torno de fontes hidrotermais & quot, disse Rolando Cardenas, físico da Universidade Central & quotMarta Abreu & quot de Las Villas em Santa Clara, Cuba e co-autor do artigo publicado na edição de maio de Astrofísica e Ciência Espacial.

As novas descobertas sugerem que a vida fotossintética como a conhecemos teria dificuldade para florescer, dada a pequena quantidade de luz disponível em ambientes de fontes hidrotermais. Mas os organismos que poderiam fazer uso da luz infravermelha de baixa energia podem ter muito para sobreviver em circunstâncias sem sol.

Vida florescendo na escuridão profunda

Nos oceanos, fontes hidrotermais se formam perto de vulcões subaquáticos, onde as placas tectônicas estão se separando nas dorsais meso-oceânicas. O magma quente que borbulha no fundo do mar superaquece a água que passa e é expelida do fundo do oceano, carregada de minerais. Os minerais precipitam da pluma, formando estruturas semelhantes a chaminés, conhecidas como fumaça negra.

Embora essas fontes hidrotermais de alto mar não pareçam lugares particularmente hospitaleiros, as ondas escaldantes são, na verdade, focos biológicos.

Vários tipos de bactérias se alimentam dos materiais, como ferro, sulfeto de hidrogênio e amônia expelida pelas aberturas. Essas bactérias, por sua vez, sustentam ecossistemas inteiros em torno dos fumantes negros, caracterizados principalmente por vermes tubulares, mas também abrigam estranhos caramujos, caranguejos e muito mais.

Oito anos atrás, pesquisadores liderados por J. Thomas Beatty, da University of British Columbia, descobriram uma bactéria hidrotérmica cujo sustento requer mais do que apenas enredar os produtos químicos da água de ventilação. A bactéria, identificada como pertencente à família do enxofre verde, necessita de luz para obter energia por meio de uma reação química com o enxofre. Essa espécie de bactéria sulfurosa verde, no entanto, foi encontrada em águas a cerca de 2.400 metros (7.875 pés) de profundidade no Oceano Pacífico, na costa do México. Os fótons da luz do sol não podem descer muito além de cerca de 200 metros (660 pés) na coluna de água antes de serem completamente absorvidos. Portanto, a bactéria deve usar a porção miserável da luz geotérmica gerada por fontes hidrotermais para sobreviver. Essa luz geotérmica é emitida quando as águas superaquecidas em erupção esfriam rapidamente no ambiente aquático do fundo do mar circundante, pouco acima do congelamento.

A espécie bacteriana possui uma estrutura semelhante a uma antena que permite capturar a luz com eficiência. "É" o único exemplo de um organismo encontrado que se acredita que vive de luz geotérmica ", disse Robert Blankenship, professor de biologia e química da Universidade de Washington em St. Louis que esteve envolvido no estudo de 2005. & quotO organismo usa um complexo de antena gigante que lhe permite viver em condições de luz extremamente baixa & mdashit & # 8217s sobre o melhor candidato que você poderia encontrar para viver de uma fonte hidrotérmica por meio da absorção de fótons. & quot.

Siga a luz

O estudo da vida resistente e desprovida de sol em áreas remotas, como fontes hidrotermais, infelizmente é um esforço complicado e caro - mas a bactéria em questão não foi isolada de novo desde então. O novo estudo de Cardenas e colegas, portanto, se volta para um modelo matemático para avaliar o potencial fotossintético em torno das aberturas.

Os pesquisadores começaram com um conceito de ventilação que emite uma quantidade de luz semelhante à descrita no artigo de Beatty. Uma quantidade insignificante dessa luz vem na forma de comprimentos de onda óticos de alta energia bem acima de noventa e nove por cento da luz disponível, em vez de fluir como luz infravermelha de baixa energia.

"Os fótons de alta energia não contribuem de maneira significativa para o orçamento geral de colheita de energia para organismos fotossintéticos de profundidade", disse o co-autor do artigo Osmel Martin Gonzalez, também da Universidade Central "Marta Abreu" de Las Villas.

A equipe de pesquisa conectou equações que descrevem as taxas de fotossíntese para o fitoplâncton de águas superficiais, ajustando-as porque a luz ultravioleta que pode danificar o plâncton e, portanto, impedir a fotossíntese, não atinge as profundidades oceânicas. Uma gama de níveis de irradiância foi modelada, bem como temperaturas da água abrangendo cerca de 390 graus Fahrenheit (200 graus Celsius) a cerca de 750 graus Fahrenheit (400 graus Celsius), consistente com derramamentos de fumaça negra.

Não é uma vida fácil

No geral, as taxas de fotossíntese calculadas para criaturas coletoras de luz infravermelha não foram muito altas, o que significa que relativamente pouca energia utilizável foi extraída das emissões da fonte hidrotermal & # 8217s.

Os resultados dessa forma coincidem com a descoberta de Beatty e Blankenship de que a bactéria enxofre verde não parecia ser um membro dominante de sua comunidade ou uma espécie particularmente robusta. "Os organismos que encontramos nas aberturas da Terra, estou" convencido de que estavam pendurados pelas unhas e apenas guinchando para sobreviver ", disse Blankenship.

Na verdade, para a vida alienígena subterrânea ou submersa atrair energia suficiente por meio da fotossíntese infravermelha pode exigir meios fundamentalmente diferentes, ou pelo menos uma expansão significativa dos comprimentos de onda conhecidos como utilizáveis.

Cardenas e seus colegas forçaram os limites ao considerar organismos hipotéticos que poderiam absorver luz com um comprimento de onda de até 1300 nanômetros (bilionésimos de um metro). Esse comprimento de onda é consideravelmente mais longo (e, portanto, menos energético) do que a luz que as espécies terrestres podem acomodar. A faixa infravermelha é considerada a partir de 700 nanômetros, e organismos foram documentados colhendo essa luz invisível até cerca de 1000 nanômetros, disse Blankenship.

Ainda assim, Cardenas disse que, indo um pouco além da biologia terrestre, ele acha que os micróbios fotossintéticos poderiam sobreviver com a luz das fontes hidrotermais subaquáticas. "Mesmo com a fotossíntese apenas até 1100 nanômetros, as bactérias verdes de enxofre poderiam fazer a fotossíntese em certa medida em um ambiente semelhante na Europa ou em outros corpos planetários", disse Cardenas.

Blankenship é um pouco mais cético. Ele ressaltou que a água em torno das fontes hidrotermais provavelmente absorveria grande parte da luz infravermelha disponível, deixando apenas um pedaço muito estreito de propriedade para as criaturas fotossintéticas ocuparem, e que as colocaria perigosamente perto da própria água superaquecida.

"A quantidade de luz que sai das aberturas, pelo menos aqui na Terra, é muito, muito baixa", disse Blankenship. & quotAinda assim & # 8217 é sempre bom pensar sobre essas coisas. & quot

Sob o gelo Europan

Neste ponto, as características das fontes hidrotérmicas em Europa e seu calor resultante e produção de luz são pura especulação. "Modelos internos detalhados da Europa ainda estão sob alguma controvérsia", disse Cardenas.

Europa tem uma crosta espessa e gelada que os cientistas têm certeza de que cobre um oceano mantido líquido pela flexão das marés enquanto a gravidade de Júpiter e # 8217 esmaga e comprime a lua. Essa flexão também pode estimular processos semelhantes aos da tectônica no manto da Europa & # 8217s, levando a fontes hidrotermais em seu fundo oceânico subsuperficial & # 8217s.

"Se isso for verdade", disse Cárdenas, "então podemos esperar fontes hidrotermais lá e & mdash por que não?" formas de vida baseadas em princípios semelhantes aos das fontes hidrotermais da Terra. "

Por enquanto, a fotossíntese infravermelha como meio único ou complementar de produção de energia por micróbios extraterrestres em torno de fontes hidrotermais alienígenas parece um tiro no escuro - o uso de minerais, praticado com grande sucesso em nossos abismos oceânicos, faz mais sentido. Então, novamente, ninguém esperava encontrar uma abundância de vida fervilhando em torno dos fumantes negros quando eles foram descobertos em 1977.

"A vida parece encontrar uma maneira", disse Cárdenas. "Esperamos continuar a estudar a fotossíntese infravermelha e suas implicações para a vida em habitats terrestres menos convencionais."


Controle de materiais desafiadores

O projeto Placa de Petri Oversized foi um aceno para a indústria da moda, berço do interesse de Bäumel & rsquos na flora microbiana humana. Um dos primeiros desafios foi transportar o prato: com 70 x 45 cm, era difícil de transportar. A primeira tentativa de retirá-lo do laboratório para o local de incubação (sala de estar Bäumel & rsquos) acabou em desastre, eles o carregaram pela porta em ângulo e tudo desabou.

“Fizemos de novo e conseguimos levá-lo para casa com segurança pela segunda vez”, lembrou ela. “Foi uma loucura, e meus companheiros de apartamento ficaram extremamente satisfeitos, é claro, com todos os cheiros que estavam surgindo. Para mim, foi mentalmente muito impressionante compreender que uma parte de mim estava vivendo e crescendo sem meu corpo em um meio externo foi alucinante. & Rdquo

Devido ao seu tamanho e localização, era difícil manter o prato estéril. Eventualmente, pequenos insetos começaram a visitar as moscas que rastejavam no ágar e colocavam ovos. À medida que a imagem amadurecia, Bäumel notou linhas no ágar, que mais tarde ela descobriu serem pegadas de bactérias que viviam nos pés das moscas. "Isso transforma toda a placa de Petri em uma pintura realmente abstrata de seu ambiente", disse Bäumel.

Há um elemento de renúncia ao controle quando se trabalha com bactérias, pois os artistas materiais podem manipular seu crescimento até certo ponto, mas também são limitados pela maneira como vivem e crescem. “As bactérias precisam ser sustentadas por um ambiente que conduza ao seu crescimento”, explicou Clancy. & ldquoA bactéria com a qual trabalhei só cresceria tanto quanto o ágar suportaria esse crescimento. Enquanto eu trabalhava com as bactérias, outras bactérias do meu corpo também foram transferidas para o ágar, então as bactérias que viviam no meu corpo também cresceram nas placas. & Rdquo


Até que ponto as bactérias podem realmente ver? - Biologia

Os defensores da teoria evolucionária contemporânea argumentam que podemos virtualmente testemunhar a evolução em ação.

No guia educacional da National Academy of Sciences, os autores declaram: & # 147A criação de uma nova espécie a partir de uma espécie pré-existente geralmente requer milhares de anos, portanto, durante a vida, um único ser humano geralmente pode testemunhar apenas uma pequena parte da especiação processo. No entanto, mesmo aquele vislumbre da evolução em ação confirma poderosamente nossas idéias sobre a história e os mecanismos da evolução. Por exemplo, muitas espécies intimamente relacionadas foram identificadas que se separaram de um ancestral comum muito recentemente em termos evolutivos. Um exemplo é fornecido pelos crisopídeos da América do Norte Chrysoperla carnea e Chrysoperla downesi. O primeiro vive em florestas decíduas e é verde claro no verão e marrom no inverno. Esta última vive entre coníferas perenes e é verde-escura durante todo o ano. As duas espécies são genética e morfologicamente muito semelhantes. & # 148 [1]

Outros exemplos citados em favor da teoria evolutiva contemporânea incluem resistência a drogas em bactérias, HIV e Plasmodium falciparum (um parasita que causa a malária), resistência a inseticidas em mosquitos, mudanças no tamanho médio dos bicos dos tentilhões e mudanças na coloração das mariposas.

Os críticos, entretanto, apontam que a questão não é se a mutação e a seleção natural podem produzir pequenas mudanças, mas sim se esses mecanismos podem criar novos tecidos, órgãos, membros ou planos corporais.

O biólogo Keith Stewart Thomson, da Universidade de Oxford, aponta que & # 147 ninguém demonstrou satisfatoriamente um mecanismo no nível genético populacional pelo qual inúmeras mudanças muito pequenas & # 133 poderiam se acumular rapidamente para produzir grandes mudanças: um processo para a origem do magnificamente improvável do inefavelmente trivial & # 148 (ênfase no original). [2]

A observação de Thomson # 146 lembra a explosão cambriana, mencionada anteriormente. Mas outro problema vem da genética. Uma profunda surpresa para os biólogos evolucionistas foi a extensão em que os genes que controlam o layout de várias estruturas do corpo permaneceram virtualmente inalterados por vastos períodos de tempo & # 151 e são compartilhados por organismos com planos corporais muito diferentes. [3] Conseqüentemente, o gene que controla o desenvolvimento de membros em moscas-das-frutas é muito semelhante aos que controlam o desenvolvimento de membros em camundongos, pés tubulares em ouriços-do-mar e espinhos em vermes espinhosos. No entanto, essas estruturas não vêm de membros de um ancestral comum. & Quot

Se assumirmos que os genes controladores vêm de um ancestral comum, isso significaria que tais genes se originaram antes das estruturas que controlam. [4]


Bactérias brilhantes: programação de bactérias para fazer materiais

Nas últimas décadas, os cientistas têm se aprofundado cada vez mais no campo da biologia sintética. Como o nome sugere, a biologia sintética combina os reinos da biologia e da engenharia para produzir sistemas nunca antes vistos na natureza. Freqüentemente, esses sistemas são inspirados pelo que é encontrado na natureza, mas eles dão um passo adiante, passando por “engenharia” para se tornarem algo mais benéfico. No contexto da biologia sintética, a engenharia normalmente se refere à introdução de material genético estranho com “instruções” que informam ao organismo de interesse o que produzir. No entanto, a biologia sintética não se limita a simplesmente expressar um produto biológico. Na verdade, os cientistas descobriram várias maneiras de criar organismos para fazer coisas inesperadas e benéficas. Por exemplo, você já pensou em projetar bactérias que agem como sensores de pressão?

Embora esse dispositivo físico feito de microorganismos pareça difícil de imaginar, os pesquisadores da Duke University conseguiram exatamente isso. Ao projetar bactérias autopadrão que podem ser impressas em suportes tridimensionais permeáveis, eles geraram sensores de pressão a partir de micróbios. Os sensores têm forma de cúpula e são feitos de materiais orgânicos e inorgânicos, nomeadamente nanopartículas de ouro aplicadas nas bactérias.

Em um estudo publicado no início de outubro, os pesquisadores desenvolveram uma cepa específica de Escherichia coli (E. coli), uma bactéria comumente usada em pesquisas biológicas, para produzir uma proteína que compõe o sensor de pressão. “A principal motivação é demonstrar o seguinte princípio: células vivas podem ser projetadas para formar estruturas 2D ou 3D auto-organizadas, que por sua vez podem ser usadas para montar materiais estruturados com propriedades físicas bem definidas”, disse Lingchong You, o chefe pesquisador do estudo e professor de engenharia biomédica na Duke University.

A equipe escolheu desenvolver sensores de pressão com base em trabalhos anteriores em Harvard e MIT, onde bactérias foram projetadas e aplicadas em superfícies 2D pré-padronizadas para fazer interruptores de biofilme eletricamente condutores que eram controlados por um eletrodo externo e suplementados com nanopartículas inorgânicas para condutividade. “O sensor de pressão é uma função que usamos para demonstrar a ideia acima”, você disse. “Nosso trabalho representa uma estratégia fundamentalmente nova para montar materiais estruturados com propriedades físicas bem definidas.”

Para projetar um circuito genético em E. coli que produziu o material de suporte do sensor de pressão, os pesquisadores introduziram plasmídeos estranhos nas bactérias. Os plasmídeos são pedaços circulares de DNA que carregam um conjunto de instruções dizendo às bactérias o que fazer. Neste experimento, os plasmídeos estranhos instruíram a bactéria a produzir uma proteína chamada curli, que atua como o bloco de construção para montar a estrutura em forma de cúpula do sensor de pressão.

Ilustração das cúpulas do sensor de pressão bacteriana, representando as colônias de bactérias e nanopartículas de ouro sobrepostas nas membranas. Imagem cortesia de Yangxiaolu Cao, Duke University, para reutilização com modificações.

Após a introdução do plasmídeo, os pesquisadores traçaram um design de andaime com um modelo de membrana permeável - delineado usando uma impressora a jato de tinta modificada - sob a mídia de crescimento. A membrana forneceu suporte estrutural para o crescimento bacteriano e a adição posterior de nanopartículas de ouro. Após a construção do suporte de membrana, uma cultura líquida da bactéria foi aplicada sobre a membrana. Colônias bacterianas individuais cresceram em formas semelhantes a cúpulas, que os pesquisadores podiam controlar ajustando o tamanho dos poros e a hidrofobicidade (a extensão da repulsão por água) da membrana.

Para completar o sensor de pressão, nanopartículas de ouro foram sobrepostas nas cúpulas das colônias de bactérias depois que as colônias foram fixadas no lugar. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que a viscoelasticidade - ou resistência ao cisalhamento e distorção - da matriz orgânica curli, combinada com a condutividade das nanopartículas de ouro, poderia contribuir para um sensor de pressão híbrido orgânico-inorgânico funcional.

Na verdade, foi isso que eles observaram. Quando duas cúpulas bacterianas foram movidas de frente uma para a outra e uma voltagem elétrica constante foi aplicada à borda de uma cúpula, o contato entre as duas cúpulas permitiu o fluxo de corrente elétrica. Uma maneira de visualizar isso é imaginando que cada cúpula bacteriana é o rosto de alguém. Assim como a faísca de um primeiro beijo, quando as duas cúpulas bacterianas fazem contato, uma corrente elétrica é produzida. É importante ressaltar que a força da corrente refletiu a força da pressão aplicada externamente. Depois de testar ainda mais essa relação, verificando e modelando a associação, os pesquisadores estabeleceram que as cúpulas bacterianas poderiam atuar como sensores de pressão robustos.

A investigação é um passo fundamental para melhorar nossa compreensão de como programar padrões espaciais em populações de células, um tópico dentro da biologia sintética que muitas vezes tem sido negligenciado. Embora essa negligência seja parcialmente devido à dificuldade de modelar padrões espaço-temporais em vez de apenas temporais, outras preocupações incluem a dificuldade de demonstrar tal dinâmica experimentalmente. Nesta investigação, os pesquisadores não apenas abordaram tais preocupações, mas também deram um passo além do trabalho anterior ao introduzir a programação da auto-organização. Aqui, as bactérias modificadas foram capazes de crescer em sua estrutura desejada sem qualquer pré-padronização.

O que esses sensores de pressão bacteriana reservam para o futuro? “Existem muitas oportunidades e atualmente estamos buscando algumas delas. Podemos imaginar a geração de materiais híbridos com outras propriedades que podem ser usados ​​para diversas aplicações, incluindo limpeza ambiental e medicina ”, disse você.

Além disso, os pesquisadores discutiram a possibilidade de usar curli para formar outras estruturas com diferentes materiais inorgânicos introduzidos. Por exemplo, se as nanopartículas de ouro fossem substituídas por nanopartículas de metal catalíticas, estruturas catalíticas poderiam ser construídas para muitas aplicações químicas e físicas. Da mesma forma, a própria proteína curli poderia ser substituída por outras moléculas orgânicas para produzir materiais como os hidrogéis. Também existe a possibilidade de usar outros organismos, como o fermento, para criar diferentes formações de padrões.

O futuro desta tecnologia é muito promissor. “Espero que a pesquisa nesta direção precise abordar simultaneamente duas questões relacionadas. Uma é forçar o limite em termos de diversidade de materiais que podem ser gerados por células vivas. A outra é gerar tipos específicos de materiais para aplicações específicas ”, você acrescentou. No futuro, sua equipe espera expandir esse trabalho. “Na próxima etapa, estamos nos concentrando em duas direções: a geração de diferentes tipos de padrões espaciais, que continua sendo um desafio fundamental na biologia sintética, e a implementação de diferentes tipos de materiais vivos híbridos”, você disse.

Aqui em Yale, pesquisadores do Yale Microbial Sciences Institute também estão empregando biologia sintética para fazer novos materiais. Um desses cientistas é Nikhil Malvankar, professor assistente no Departamento de Biofísica Molecular e Bioquímica de Yale. O laboratório de Malvankar concentra-se na engenharia de bactérias do solo que produzem pili, uma proteína filamentosa naturalmente condutora que funciona de forma semelhante aos fios de cobre. Seu grupo tem como objetivo desvendar os mecanismos de movimento do elétron dentro desses filamentos, que atuam como “fios” em nanoescala com condutividade sintonizável, para entender melhor como esse sistema funciona no nível molecular e, então, aplicar esse conhecimento para melhorar outros sistemas bacterianos. “Os objetivos de longo prazo são usar biologia sintética para projetar biomateriais e dispositivos bioeletrônicos que irão complementar e estender a tecnologia de semicondutores atual”, disse Malvankar.

Em relação ao potencial de crescimento da biologia sintética, Malvankar destaca pontos críticos a serem considerados ao trabalhar com microrganismos. “As bactérias são organismos muito adaptáveis ​​e empregam vários componentes e vias redundantes para processos celulares. Além disso, as bactérias só podem funcionar em condições ambientais limitadas, como pH fisiológico e ambiente aquoso ”, disse Malvankar. Ele também forneceu idéias para melhorar os sensores de pressão bacteriana. “No futuro, deve ser viável usar células vivas em vez de células fixas e também evitar nanopartículas de ouro tóxicas e caras e usar sistemas biológicos totalmente orgânicos.”

Com todas essas aplicações e muito mais, o futuro da biologia sintética é muito empolgante. “No estado atual da biologia sintética e da bioengenharia, uma questão fundamental é quais coisas podemos realmente fabricar usando coisas vivas. Espero ver diferentes exemplos surgindo da comunidade, o que pode estimular ainda mais a nossa imaginação ”, disse você.


A Vida de Antony Van Leeuwenhoek

Em 1632, Leeuwenhoek nasceu em 24 de outubro em Delft, Holanda. Seu pai era um fabricante de cestos e morreu na primeira infância.

Leeuwenhoek não adquiriu muita educação ou aprendeu qualquer idioma antes de se envolver com o comércio. Aos 16 anos, ele trabalhou como contador em uma loja de tecidos de linho & # 39 em Amsterdã. Seis anos depois, em 1654, ele voltou a Delft para estabelecer seu próprio negócio de cortinas e se casou.

Em 1660, ele serviu como um oficial menor da cidade e depois trabalhou como inspetor de vinhos (calibrador) e também agrimensor. Ele se casou novamente em 1671 após a morte de sua primeira esposa.


Quais são as influências relativas da filogenia e da física na evolução dos sistemas sensoriais?

Essa pergunta pode ser feita a respeito de qualquer característica do organismo, mas é particularmente interessante no caso de sistemas sensoriais porque suas arquiteturas são claramente influenciadas por princípios físicos. Considere um olho de vertebrado versus uma rede reguladora de genes. O primeiro, tão parecido com as câmeras e tão elegante na construção, é freqüentemente dado como prova de design inteligente. Não sou especialista em genômica, mas vi muitos gráficos de várias redes de genes e diria que eles, com suas complexidades barrocas, aparente aleatoriedade e redundâncias, são a melhor prova possível da ausência de design inteligente. A diferença pode ser a influência aparentemente mais forte da física no primeiro. Para ser mais preciso, a ligação dos promotores aos genes depende da física (como tudo), mas os princípios físicos não parecem ter uma influência facilmente discernível na estrutura das redes regulatórias. No entanto, devido aos princípios da ótica, há um número limitado de maneiras de focalizar uma imagem em uma retina. Se se deseja que o olho também trabalhe em condições de pouca luz, o número de soluções possíveis é ainda mais circunscrito. Portanto, talvez não seja surpreendente que haja um número relativamente pequeno de designs de olhos, que a evolução convergente seja galopante e que os pesquisadores da visão sejam freqüentemente acusados ​​de serem adaptacionistas. Isso não se limita à visão ou à escala macroscópica - por exemplo, existem tantos tipos fundamentais de células mecanorreceptoras. No entanto, os órgãos dos sentidos não são projetados, e a história evolutiva desempenha um papel. A questão é: em que medida? Por exemplo, uma pergunta comum é se os artrópodes são filogeneticamente restritos a ter olhos compostos. Este tipo de olho, embora tenha suas vantagens (por exemplo, grande campo de visão), tem uma série de desvantagens, particularmente quando se trata da capacidade de resolver detalhes (um olho composto que vê tão nitidamente quanto um olho humano deve ser maior que uma cabeça humana). Are there other advantages of compound eyes that we are unaware of, or are insects (for example) merely constrained by their phylogenetic history? Which senses are more bound by physics and which less? At first guess, one might assume that the macroscopic architecture of chemoreceptive systems is less constrained by physics than is vision, but even this is uncertain given the importance of fluid flow (both air and water) to the sense.


Food bacteria-spice survey shows why some cultures like it hot

Fans of hot, spicy cuisine can thank nasty bacteria and other foodborne pathogens for the recipes that come -- not so coincidentally -- from countries with hot climates. Humans' use of antimicrobial spices developed in parallel with food-spoilage microorganisms, Cornell University biologists have demonstrated in a international survey of spice use in cooking.

The same chemical compounds that protect the spiciest spice plants from their natural enemies are at work today in foods from parts of the world where -- before refrigeration -- food-spoilage microbes were an even more serious threat to human health and survival than they are today, Jennifer Billing and Paul W. Sherman report in the March 1998 issue of the journal Quarterly Review of Biology.

"The proximate reason for spice use obviously is to enhance food palatability," says Sherman, an evolutionary biologist and professor of neurobiology and behavior at Cornell. "But why do spices taste good? Traits that are beneficial are transmitted both culturally and genetically, and that includes taste receptors in our mouths and our taste for certain flavors. People who enjoyed food with antibacterial spices probably were healthier, especially in hot climates. They lived longer and left more offspring. And they taught their offspring and others: 'This is how to cook a mastodon.' We believe the ultimate reason for using spices is to kill food-borne bacteria and fungi."

Sherman credits Billing, a Cornell undergraduate student of biology at the time of the research, with compiling many of the data required to make the microbe-spice connection: More than 4,570 recipes from 93 cookbooks representing traditional, meat-based cuisines of 36 countries the temperature and precipitation levels of each country the horticultural ranges of 43 spice plants and the antibacterial properties of each spice.

Garlic, onion, allspice and oregano, for example, were found to be the best all-around bacteria killers (they kill everything), followed by thyme, cinnamon, tarragon and cumin (any of which kill up to 80 percent of bacteria). Capsicums, including chilies and other hot peppers, are in the middle of the antimicrobial pack (killing or inhibiting up to 75 percent of bacteria), while pepper of the white or black variety inhibits 25 percent of bacteria, as do ginger, anise seed, celery seed and the juices of lemons and limes.

The Cornell researchers report in the article, "Countries with hotter climates used spices more frequently than countries with cooler climates. Indeed, in hot countries nearly every meat-based recipe calls for at least one spice, and most include many spices, especially the potent spices, whereas in cooler counties substantial fractions of dishes are prepared without spices, or with just a few." As a result, the estimated fraction of food-spoilage bacteria inhibited by the spices in each recipe is greater in hot than in cold climates.

Accordingly, countries like Thailand, the Philippines, India and Malaysia are at the top of the hot climate-hot food list, while Sweden, Finland and Norway are at the bottom. The United States and China are somewhere in the middle, although the Cornell researchers studied these two countries' cuisines by region and found significant latitude-related correlations. Which helps explain why crawfish etoufŽe is spicier than New England clam chowder.

The biologists did consider several alternative explanations for spice use and discounted all but one. The problem with the "eat-to-sweat" hypothesis -- that people in steamy places eat spicy food to cool down with perspiration -- is that not all spices make people sweat, Sherman says, "and there are better ways to cool down -- like moving into the shade." The idea that people use spices to disguise the taste of spoiled food, he says, "ignores the health dangers of ingesting spoiled food." And people probably aren't eating spices for their nutritive value, the biologist says, because the same macronutrients are available in similar amounts in common vegetables, which are eaten in much greater quantities.

However the micronutrient hypothesis -- that spices provide trace amounts of anti-oxidants or other chemicals to aid digestion -- could be true and still not exclude the antimicrobial explanation, Sherman says. However, this hypothesis does not explain why people in hot climates need more micro-nutrients, he adds. The antimicrobial hypothesis does explain this.

The study of Darwinian gastronomy is a bit of a stretch for an evolutionary biologist like Sherman, who normally focuses his research on the role of natural selection in animal social behavior and is best known for his studies of one of nature's most social (and unusual-looking) creatures, the naked mole-rat (Heterocephalus glaber) of Africa. But eating is definitely one of the more social behavior of Homo sapienss, he maintains, and it's a good way to see the interaction between cultural evolution and biological function. "I believe that recipes are a record of the history of the coevolutionary race between us and our parasites. The microbes are competing with us for the same food," Sherman says. "Everything we do with food -- drying, cooking, smoking, salting or adding spices -- is an attempt to keep from being poisoned by our microscopic competitors. They're constantly mutating and evolving to stay ahead of us. One way we reduce food-borne illnesses is to add another spice to the recipe. Of course that makes the food taste different, and the people who learn to like the new taste are healthier for it."

For biology student Billing, the spice research for a senior honors thesis took her to an unfamiliar field, food science, and to the Cornell University School of Hotel Administration, where the library contains one of the world's largest collections of cookbooks. Now that the bacteria-spice connection is revealed, librarians everywhere may want to cross-index cookbooks under "food safety." And spice racks may start appearing in pharmacies.

Top 30 Spices with Antimicrobial Properties

(Listed from greatest to least inhibition of food-spoilage bacteria)

Source: "Antimicrobial Functions of Spices: Why Some Like It Hot," Jennifer Billing and Paul W. Sherman, The Quarterly Review of Biology, Vol. 73, No.1, March 1998


Bacteria: Fossil Record

It may seem surprising that bacteria can leave fossils at all. However, one particular group of bacteria, the cyanobacteria or "blue-green algae," have left a fossil record that extends far back into the Precambrian - the oldest cyanobacteria-like fossils known are nearly 3.5 billion years old, among the oldest fossils currently known. Cyanobacteria are larger than most bacteria, and may secrete a thick cell wall. More importantly, cyanobacteria may form large layered structures, called stromatolites (if more or less dome-shaped) or oncolites (if round). These structures form as a mat of cyanobacteria grows in an aquatic environment, trapping sediment and sometimes secreting calcium carbonate. When sectioned very thinly, fossil stromatolites may be found to contain exquisitely preserved fossil cyanobacteria and algae.

The picture above is a short chain of cyanobacterial cells, from the Bitter Springs Chert of northern Australia (about 1 billion years old). Very similar cyanobacteria are alive today in fact, most fossil cyanobacteria can almost be referred to living genera. Compare this fossil cyanobacterium with this picture of the living cyanobacterium Oscilatoria:

The group shows what is probably the most extreme conservatism of morphology of any organisms.

Aside from cyanobacteria, identifiable fossil bacteria are not particularly widespread. However, under certain chemical conditions, bacterial cells can be replaced with minerals, notably pyrite or siderite (iron carbonate), forming replicas of the once-living cells, or pseudomorphs. Some bacteria secrete iron-coated sheaths that sometimes fossilize. Others may bore into shells or rocks and form microscopic canals within the shell such bacteria are referred to as endolithic, and their borings can be recognized all through the Phanerozoic. Bacteria have also been found in amber -- fossilized tree resin -- and in mummified tissues. It is also sometimes possible to infer the presence of disease-causing bacteria from fossil bones that show signs of having been infected when the animal was alive. Perhaps most amazing are the fossils left by magnetobacteria -- a group of bacteria which form tiny, nanometer-sized crystals of magnetite (iron oxide) inside their cells. Magnetite crystals identifiable as bacterial products have been found in rocks as old as two billion years -- at a size of a few hundred millionths of a meter, these hold the record for the smallest fossils.

NEWS FLASH!One of the hottest science news stories of the decade is the discovery of possible remains of bacteria-like organisms on a meteorite from Mars. But are they really fossils? How would we be able to find out whether or not they are real? And what could they tell us about the history of Mars -- and of life on our own planet? Paleontologists are working together with space scientists to try and answer some basic questions about the possible "Martian bacteria." There will eventually be an exhibit on this server dealing with the "Martian microbes." Until it's ready, you can view photographs and news articles about the find, or learn more about Mars meteorites courtesy of the NASA Jet Propulsion Laboratory. --> Read a UCMP Research Report: "Bacteria and protozoa from middle Cretaceous amber of Ellsworth County, Kansas." Find out more about fossilized filamentous bacteria and other microbes, found in Cretaceous amber -- a unique mode of preservation. This report was originally published in PaleoBios 17(1): 20-26. Dr. Raul Cano, at California Polytechnic State University at San Luis Obispo, has succeeded in isolating and reviving bacteria taken from inside fossilized insects trapped in amber. Read all about it!

Bitter Springs chert fossil image provided by J. William Schopf. The image of Oscilatoria was provided by Alejandro Lopez-Cortes (CIBNOR, Mexico), Mark Schneegurt (Wichita State University), and Cyanosite.


Assista o vídeo: ESSE VÍDEO FARÁ VOCÊ REPENSAR SOBRE SUA EXISTÊNCIA - O TAMANHO DO UNIVERSO (Dezembro 2021).