“Os açúcares estão presentes em todo o ecossistema marinho, mas ainda não está claro se ou como os micróbios conseguem degradá-los totalmente,” afirma Jan-Hendrik Hehemann do Max Planck Institute for Marine Microbiology e do MARUM — Center for Marine Environmental Sciences, ambos em Bremen. “A nova sonda nos permite assistir a isso ao vivo,” complementa Peter Seeberger do Max Planck Institute of Colloids and Interfaces.

A importância dos açúcares no carbono oceânico

As algas capturam dióxido de carbono e o transformam em oxigênio e matéria orgânica, em que os açúcares desempenham um papel essencial. No entanto, nem todo açúcar é facilmente digerível pelos micróbios. Alguns são tão complexos que apenas um número restrito de microorganismos consegue degradá-los. Quando esses açúcares mais resistentes não se decompõem, o carbono que contêm afunda para o fundo do mar, onde pode permanecer aprisionado por séculos até que as enzimas adequadas apareçam. Identificar quais micróbios conseguem digerir açúcares específicos tem sido um grande desafio para os cientistas, especialmente em ecossistemas marinhos diversos.

Observando açúcares brilharem

Para solucionar esse impasse, a equipe utilizou uma montagem automatizada de glicosídeos para criar um açúcar marcado com dois corantes fluorescentes. Esses corantes interagem por meio de um processo conhecido como transferência de energia por ressonância de Förster (FRET), funcionando em conjunto como um interruptor molecular. A sonda permanece escura enquanto íntegra, mas, uma vez que uma enzima rompe a estrutura do açúcar, ela emite luz. Isso permite aos cientistas observar exatamente onde e quando o açúcar está sendo degradado. Os pesquisadores testaram a sonda monitorando a degradação do α-mannan, um polissacarídeo (cadeia longa de açúcar) encontrado em florescimento de algas. Ela mostrou-se eficaz em testes com enzimas purificadas, extratos bacterianos, culturas de células vivas e até mesmo em comunidades microbianas complexas.

“Esta pesquisa é um excelente exemplo de colaboração interdisciplinar entre os Institutos Max Planck. Com nossos glicosídeos FRET, agora temos uma nova ferramenta para estudar as interações entre fitoplâncton e bacterioplancton nos oceanos,” diz Rudolf Amann do Max Planck Institute for Marine Microbiology.

Revelando degradadores ocultos

Ao permitir o rastreamento da degradação do α-mannan, essa sonda glicosídica abre novas oportunidades para investigar o metabolismo microbiano sem a necessidade de conhecimento genômico prévio. Os pesquisadores podem agora identificar degradadores ativos in situ, mapear a progressão da degradação de glicosídeos ao longo do espaço e do tempo, e quantificar as taxas de degradação em comunidades complexas. Essa ferramenta proporciona um caminho para insights mais profundos sobre o ciclo de glicosídeos em diversos ecossistemas, desde florescimentos de algas marinhas até o intestino humano. Ao observar quais micróbios são ativados e sob quais condições, os cientistas podem relacionar atividades enzimáticas específicas a processos ambientais e, finalmente, obter uma compreensão mais clara do fluxo de carbono nos oceanos.

“Os açúcares são fundamentais para o ciclo de carbono marinho,” conclui Conor Crawford, autor principal do Max Planck Institute of Colloids and Interfaces. “Com esta sonda FRET, podemos perguntar: Quem está consumindo o quê, onde e quando?”