Resultados. A resiliência é um conceito importante hoje em dia, em tudo, desde comunidades humanas restaurando a ordem após desastres naturais até comunidades microbianas se recuperando de um derrame químico. No entanto, não há acordo sobre como a resiliência deve ser definida e medida. Um corpo científico identificou 47 definições de resiliência utilizadas em diversas áreas, incluindo engenharia, ecologia, sociologia, economia e psicologia. No entanto, compreender a resiliência em comunidades microbianas é um componente crítico para a sua engenharia para as biotecnologias ou para prever como elas responderão a um ambiente em mudança. Essas comunidades devem ser capazes de se recuperar rapidamente de uma mudança ambiental para que sua função seja estável ao longo do tempo.
Agora um grupo de biólogos e microbiologistas computacionais do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico propôs uma forma de definir a resiliência em comunidades microbianas que une ecologistas e engenheiros. Seus esforços foram recentemente apresentados em Frontiers in Microbiology.
“Acreditamos que a resiliência em comunidades microbianas é melhor definida como a taxa de recuperação de uma dada função de interesse para o pesquisador”, disse o Dr. Stephen Lindemann, o microbiologista do PNNL que liderou a equipe. “O foco nas características fundamentais do sistema em resposta a uma mudança específica no ambiente não só nos permite comparar a resiliência de uma função entre comunidades, mas também proporciona uma compreensão mais profunda das propriedades da comunidade”. Usando esta definição, propomos que a resiliência vem de dentro de uma comunidade microbiana – independentemente do ambiente em que ela vive”
Por que é importante. Eles podem ser minúsculos, mas os microorganismos coletivamente excedem a massa de todas as outras plantas e animais do planeta. Eles controlam os ciclos de carbono e energia no planeta, e os cientistas estão começando a apreciar seu papel na formação da saúde humana e da fisiologia. Estas pequenas maravilhas também estão sendo estudadas como um meio potencial para capturar energia renovável. Compreender os processos que governam como as comunidades microbianas respondem às mudanças em seu ambiente é fundamental para os ecologistas preocupados em prever os efeitos das mudanças climáticas ou erupções vulcânicas sobre os ecossistemas e para os engenheiros que projetam comunidades para processos biotecnológicos estáveis.
“Para projetar o melhor sistema, devemos desenvolver métodos racionais para quantificar a resiliência da comunidade microbiana e ser capazes de prever os pontos de ruptura que se aproximam”, disse Lindemann.
Métodos. Buscando um conceito integrado de resiliência aplicável a todas as comunidades microbianas, os cientistas compararam estudos anteriores de resiliência do ponto de vista de engenharia e ecológico. Consistentemente, eles descobriram que mudanças no ambiente dos micróbios poderiam resultar em mudanças na composição ou tamanho da comunidade, mas mantiveram funções críticas. Entender como essas funções responderão às mudanças no ambiente é de importância central para ecologistas e engenheiros.
O que vem a seguir? Os cientistas do PNNL planejam identificar mecanismos fundamentais responsáveis pela resiliência de comunidades microbianas simples e altamente complexas. A compreensão desses mecanismos fará avançar significativamente a capacidade de projetar, prever o comportamento de, e controlar comunidades microbianas, seja em ecossistemas naturais ou sistemas bioengenharia.
Conhecimento
Patrocinadores: O Escritório de Pesquisa Científica, Biológica e Ambiental do Departamento de Energia dos EUA, apoiou este trabalho através do Programa de Ciência Genômica.
Área de Pesquisa: Ciência de Sistemas Biológicos
Instalação do usuário: EMSL
Equipe de Pesquisa: Jim K. Fredrickson, Stephen R. Lindemann, Ryan S. Renslow, e Hyun-Seob Song, Pacific Northwest National Laboratory.