Descoberto primeiro animal que não usa oxigênio para respirar e sem genoma mitocondrial

- Atualizado no dia 16 de outubro de 2024 -

Pesquisadores da Universidade de Tel Aviv, Israel, realizaram uma mais do que notável descoberta: o único animal até o momento conhecido que não utiliza o oxigênio para respirar. O inesperado achado - publicado em 2020 no periódico PNAS (Ref.1) - mudou substancialmente a visão tradicional da ciência sobre o Reino Animal. O organismo em questão é um pequeno parasita com apenas 10 células da espécie Henneguya salminicola, o qual vive na musculatura de salmões. À medida que os ancestrais dessa espécie evoluíram, a linhagem levando ao H. salminicola, o qual é um mixozoano próximo-relacionado aos corais e às águas-vivas, acabou perdendo a habilidade de gerar energia de forma aeróbica, consequência do seu modo de vida em um ambiente sem oxigênio molecular.

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Apesar da respiração aeróbica - via mitocôndria (1) - ser uma das características mais marcantes dos seres eucariontes (unicelulares e multicelulares), algumas poucas linhagens unicelulares desse grupo - alguns fungos, amebas e linhagens ciliadas -, crescendo em ambientes hipóxicos (sem presença de oxigênio), acabaram perdendo essa habilidade durante o processo evolutivo por inexistência de pressão seletiva para mantê-la. Na ausência de oxigênio molecular (O2), a mitocôndria desses organismos perderam todas ou partes dos seus genomas e evoluíram para organelas mitocôndria-relacionadas (OMRs). No entanto, era até o momento incerto se tal processo também ocorreria em animais (eucariontes multicelulares).

Sugestão de leitura: 

• (1) A mitocôndria é um presente exclusivo da mãe?

No estudo de 2021, os pesquisadores realizaram um amplo sequenciamento genômico em parasitas de peixes do clado Myxozoa. Por acidente, ao reunirem o genoma do H. salminicola - um pequeno parasita de 8 milímetros de extensão e apenas 10 células, já bastante conhecido mas não sequenciado -, eles não detectaram um genoma mitocondrial, ou seja, essa espécie havia perdido sua capacidade de realizar respiração celular aeróbica. Análises subsequentes mostraram que o H. salminicola não apenas perdeu seu genoma mitocondrial mas também quase todos seus genes presentes no núcleo celular envolvidos na transcrição e na replicação do genoma mitocondrial. No entanto, vários outros genes codificando proteínas envolvidas em outras funções e estruturas mitocondriais ainda estavam presentes, formando uma pseudo-mitocôndria sem capacidade de respiração aeróbica.

Como controle - para reforçar o diagnóstico genômico -, os pesquisadores analisaram um mixozoano próximo-relacionado ao H. salminicola, a espécie Myxobolus squamalis, realizando nesta a mesma técnica de sequenciamento genômico. No M. squamalis foi confirmado um genoma mitocondrial. Os resultados moleculares foram suportados por micrografias de fluorescência, a qual também mostrou a presença de DNA mitocondrial no M. squamalis, mas não no H. salminicola.

A descoberta confirma que a adaptação para um ambiente aeróbico não é única a eucariontes unicelulares, tendo evoluído também em um animal parasitário e multicelular. Nesse sentido, o H. salminicola também representa uma oportunidade para o entendimento da transição evolucionária de um metabolismo aeróbico para um metabolismo exclusivamente anaeróbico. Segundo os autores do estudo, a perda do DNA mitocondrial e da respiração aeróbica nessa espécie parece ter sido um evento relativamente recente no clado Henneguya. O achado também é mais um exemplo mostrando que o processo evolutivo está longe de ter um sentido único de contínua maior complexidade.

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Ainda não é claro, no entanto, como o H. salminicola gera energia. Pode ser que o parasita a obtém diretamente das células musculares dos peixes hospedeiros, ou que um mecanismo de respiração anaeróbico tipicamente encontrado em outros organismos anaeróbicos (ex.: fermentação em bactérias e fungos) tenha evoluído na espécie. Devido à atual impossibilidade de criar culturas desses animais em laboratório, experimentos para esclarecer os caminhos metabólicos energéticos nesse parasita são ainda desafiadores. 

> Existem outros organismos eucariontes que perderam parcialmente ou totalmente a mitocôndria. Em particular, o supergrupo Metamonada, que engloba inúmeros protistas, possui vários representantes com extrema redução da organela mitocondrial e independência de oxigênio. Alguns desses protistas perderam completamente a mitocôndria. Um exemplo descrito em 2016 é a espécie Monocercomonoides exilis, um protista flagelado que vive no intestino de insetos e exibe ausência de qualquer vestígio de organela mitocondrial (Ref.2). Outro exemplo, reportado mais recentemente (Ref.3), é o protozoário flagelado marinho Skoliomonas litria, que parece também ter perdido por completo a mitocôndria. Diferente do tradicionalmente pensado, eucariontes podem existir sem mitocôndrias.

REFERÊNCIA

1. Atkinson et al. (2020). A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome. PNAS, 117 (10) 5358-5363. https://doi.org/10.1073/pnas.1909907117
2. Williams et al. (2016). Extreme mitochondrial reduction in a novel group of free-living metamonads. Nature Communications 15, 6805. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50991-w
3. Karnkowska et al. (2024). A Eukaryote without a Mitochondrial Organelle. Current Biology, 26, 1274–1284. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.053