Notícias

Apr 03, 2024

Bactérias de cabo com conexão elétrica ao oxigênio atraem bandos de diversas bactérias

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1614 (2023) Citar este artigo 5264 Acessos 1 Citações 62 Detalhes das métricas altmétricas As bactérias do cabo são bactérias filamentosas de um centímetro de comprimento que

Nature Communications volume 14, número do artigo: 1614 (2023) Citar este artigo

5264 Acessos

1 Citações

62 Altmétrico

Detalhes das métricas

As bactérias do cabo são bactérias filamentosas com centímetros de comprimento que conduzem elétrons por meio de fios internos, acoplando assim a oxidação do sulfeto em sedimentos anóxicos mais profundos com a redução de oxigênio nos sedimentos superficiais. Esta actividade induz alterações geoquímicas no sedimento, e outros grupos bacterianos parecem beneficiar da ligação eléctrica ao oxigénio. Aqui, relatamos que diversas bactérias nadam em um bando compacto ao redor da parte anóxica das bactérias do cabo que respiram oxigênio e se dispersam imediatamente quando a conexão com o oxigênio é interrompida (cortando as bactérias do cabo com um laser). A microscopia Raman mostra que as bactérias flocadas são mais oxidadas quando mais próximas das bactérias do cabo, mas o contato físico parece ser raro e breve, o que sugere transferência potencial de elétrons através de intermediários solúveis não identificados. A análise metagenômica indica que a maioria das bactérias flocadas parecem ser aeróbias, incluindo organotróficos, oxidantes de sulfeto e possivelmente oxidantes de ferro, que podem transferir elétrons para bactérias de cabo para respiração. A associação e a estreita interação com parceiros tão diversos podem explicar como o oxigênio através das bactérias do cabo pode afetar comunidades e processos microbianos em ambientes anóxicos.

As bactérias do cabo são bactérias filamentosas longas que podem transmitir elétrons a distâncias centimétricas e, assim, acoplar a oxidação do sulfeto à redução remota de oxigênio ou nitrato . Eles ocorrem globalmente em sedimentos e aquíferos marinhos e de água doce3,4,5 e interferem diretamente na ciclagem de enxofre, oxigênio, carbono e nitrogênio6. Através de gradientes de pH e campos elétricos induzidos pela realocação de elétrons, eles também influenciam indiretamente o ciclo de ferro, cálcio, cobalto e arsênico e todos os fluxos de íons em seus habitats6,7,8,9. Em sedimentos de água doce, eles podem causar um estímulo de 4,5 vezes na redução de sulfato e reduzir drasticamente a emissão de metano10,11.

A atividade das bactérias do cabo também tem sido associada à maior assimilação de carbono de oxidantes autotróficos de sulfetos12 e correlacionada com a distribuição de bactérias ciclizadoras de ferro em sedimentos marinhos13. Essas aparentes associações levaram a especulações de que as bactérias em sedimentos anóxicos podem de alguma forma usar bactérias de cabo como um canal de elétrons para o oxigênio .

Aqui usamos uma combinação de observações microscópicas, sequenciamento de metagenoma, microdissecção a laser e microscopia Raman para demonstrar a dinâmica e a intimidade dessa associação, identificar provisoriamente as bactérias envolvidas e propor um mecanismo provável para transferência de elétrons entre bandos bacterianos associados e filamentos bacterianos de cabo .

Bactérias de cabo de um enriquecimento da cepa de água doce Ca. Electronema aureum GS16 foram observados em condições semi-naturais em uma lâmina de microscópio (a chamada lâmina de trincheira), onde o oxigênio se difundiu a partir da borda da lamela, enquanto matéria orgânica, sulfeto e outros nutrientes foram fornecidos a partir de sedimentos em um local central. compartimento (trincheira)17,18. Esta configuração estabeleceu uma zona de observação onde as bactérias do cabo se estendiam do sedimento até a interface óxico-anóxica, que foi claramente delineada por um véu microaerófilo de bactérias aeróbicas móveis (Fig. S1). Na parte anóxica da zona, até 4 mm de distância da interface oxico-anóxica, descobriu-se que as células bacterianas nadam em bandos ao redor dos segmentos de bactérias do cabo, geralmente superando as células de bactérias do cabo adjacentes em 2,2: 1 (Fig. 1A, Filme S1, Tabela S1). O rastreamento celular detalhado mostrou comportamento quimiotático em relação às bactérias do cabo: as células reunidas estavam concentradas perto dos filamentos das bactérias do cabo, com as densidades celulares mais altas a uma distância de 20 µm, mas ainda com densidades aumentadas até pelo menos 50 µm de distância (Fig. 1B, Fig. .S2). Não houve nenhum padrão evidente de bactérias reunidas tocando bactérias de cabo, mas com as limitações de resolução dos microscópios de luz convencionais e a natureza dinâmica da interação impedindo métodos de resolução mais alta, atualmente não podemos excluir que o toque possa ocorrer; mas se assim foi, foi raro e breve. A velocidade de natação das bactérias reunidas foi significativamente aumentada dentro de uma distância de 20 µm (Fig. 1C), indicando um aumento da força motriz de prótons . A fração de células bacterianas detectáveis ​​por hibridização fluorescente in situ (FISH) dentro de 10 µm de distância das bactérias do cabo foi significativamente maior do que> 10 µm de distância (Tabela S2), sugerindo que elas tinham uma contagem de ribossomos mais alta e, portanto, maior atividade metabólica em comparação com o volume bactérias sedimentares22. Tomados em conjunto, isto indica altas taxas metabólicas dentro do lote e estimulação metabólica das bactérias reunidas quando se aproximam muito das bactérias do cabo.