Cada bactéria tem sua própria individualidade

Estas novas tecnologias permitiram aos cientistas ouvir o som emitido por uma única bactéria.
[Imagem: Irek Roslon/TU Delft]

Individualidade celular

Duas pessoas até podem ser parecidas, mas nunca são iguais. Compare três ou mais, então, e se tornará cada vez mais difícil listar as semelhanças.

Mas os cientistas costumam pensar nas células como se elas fossem, se não idênticas, ao menos "médias", algo como "veja uma célula e você terá visto todas as outras".

Isso é que se chama "estratégia em nível populacional", que vem sendo usada historicamente para entender os aspectos fundamentais da fisiologia celular, das células humanas às células bacterianas. Essa abordagem em nível de população descreve o comportamento de células médias idealizadas, e servem como base para os modelos predominantes de crescimento bacteriano, por exemplo.

Mas, com o advento das tecnologias de imageamento ao vivo, que permitem observar células únicas em tempo real, começou a ser possível bisbilhotar a vida e o comportamento de células individuais de maneira mais simples e rápida.

E o que essas novas técnicas estão revelando é que uma célula é muito diferente da outra, mesmo tratando-se de células bacterianas da mesma espécie.

"O que é verdade para a célula média não é necessariamente verdade para a célula individual. As bactérias são exatamente como nós nesse aspecto!" disse a professora Petra Levin, que fez a descoberta com colegas das universidades de Washington e Purdue (EUA).

Cronômetro bacteriano

Os pesquisadores analisaram cuidadosamente os dados de crescimento de uma única célula do organismo modelo Escherichia coli e capturaram comportamentos aleatórios e complexos de células individuais, e então compararam com precisão os dados individuais das células.

O modelo tradicional, com base no comportamento celular médio, fala sobre etapas básicas do ciclo celular, da replicação do DNA e da divisão celular, como dependentes uma da outra. Mas não foi isso que a equipe viu.

"Décadas de estudos genéticos e moleculares indicam que, embora a replicação e a divisão do DNA sejam claramente coordenadas, elas não dependem uma da outra," disse Levin. "Enquanto houver mecanismos para impedir a divisão entre cromossomos não copiados, ou corrigir a situação no caso improvável de acontecer, está tudo bem. A E. coli não tem pontos de controle do ciclo celular como as células eucarióticas".

Enquanto isso, eles perceberam que havia uma maneira simples de entender os dados individuais das células. Cada célula bacteriana tem três cronômetros independentes, que começam a funcionar cada vez que a replicação do DNA começa, e cuja orquestração determina a sequência dos eventos do ciclo celular.

Novidade científica

Partindo dessa ideia simples, a equipe descobriu que é possível prever a sequência de iniciação da replicação do DNA, o fim da replicação e a divisão do DNA com base em quando os três cronômetros disparam e reiniciam independentemente. As previsões combinaram perfeitamente com os dados existentes sobre a replicação do DNA de células individuais e a divisão celular em muitas condições de crescimento diferentes.

Essa relação aleatória - não determinística - entre a replicação do DNA e a divisão celular é uma novidade completa, mudando a forma como os cientistas entendem um processo básico da biologia celular.

"Nosso objetivo final é construir uma comunidade em torno de abordagens de alta precisão em biologia que integrem perfeitamente teoria e experimento," disse a professora Srividya Iyer-Biswas. "Um objetivo mais imediato é transcender os detalhes específicos do sistema e fornecer uma estrutura unificadora também aplicável a outras espécies bacterianas."