Como as bactérias produzem seu próprio alimento
Quase todo mundo aprende na escola que as bactérias são organismos que simplesmente "se alimentam de coisas". Mas uma parcela significativa delas — as autotróficas — é completamente capaz de fabricar seu próprio alimento a partir de materiais inorgânicos. Isso acontece de duas formas principais, e entender a diferença entre elas evita muita confusão na prática.
as bactérias produzem seu próprio alimento
A via mais conhecida é a fotossíntese. As cianobactérias fazem fotossíntese oxigênica, exatamente como as plantas: usam luz, água e dióxido de carbono para produzir glicose e liberar oxigênio. O processo ocorre nos tilacoides, que nessas bactérias não são organelas separadas mas sim invaginações da membrana plasmática. Bactérias sulfurosas roxas e verdes, por outro lado, realizam fotossíntese anoxigênica. Elas não usam água como doador de elétrons; usam sulfeto de hidrogênio (HS) ou outros compostos. O produto não é oxigênio, mas sim enxofre elemental, que fica como grânulos dentro da célula ou é liberado no meio. Se você já tentou cultivar essas bactérias em laboratório e o meio ficou turvo com precipitado esbranquiçado, provavelmente era enxofre. Isso foi algo que me pegou de surpresa numa bancada quando preparei um meio sem sulfeto intencionalmente e as culturas pararam de crescer sem aparente motivo. A correção foi simples: adicionar 2 mM de NaS·9HO ao meio e ajustar o pH para 7,0. A segunda via é a quimiossíntese, e ela é menos discutida mas igualmente importante. Aqui a energia não vem da luz, e sim de reações químicas envolvendo compostos inorgânicos. As bactérias nitrificantes, como Nitrosomonas e Nitrobacter, oxidam amônia a nitrito e nitrito a nitrato, respectivamente, capturando a energia liberada para fixar CO. Bactérias redutoras de enxofre, metanogênicas e ferro-oxidantes funcionam exatamente nesse princípio. Em estações de tratamento de esgoto, esse processo é o que permite a nitrificação biológica sem necessidade de adicionar carbono orgânico externo. Sem essas bactérias, o sistema entra em colapso e a amônia se acumula rapidamente.
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O que muita gente não leva em conta é que a eficiência energética nesses dois processos é muito diferente. A fotossíntese anoxigênica em bactérias sulfurosas rende muito menos ATP por molécula de doador de elétrons comparada à fotossíntese oxigênica. Isso significa que, em ambientes com pouca luz e alta concentração de HS, o crescimento bacteriano é extremamente lento. Em condições reais de campo, isso se traduz em taxas de duplicação na ordem de 24 a 48 horas, contra poucas horas das cianobactérias em água rasa iluminada. Se você está medindo biomassa bacteriana autotrófica e os números não sobem, o problema provavelmente não é viabilidade celular e sim condição ambiental inadequada. Outro detalhe prático diz respeito à fixação de nitrogênio. Algumas bactérias autotróficas, como certas cianobactérias filamentosas (Anabaena, Nostoc), também conseguem fixar N atmosférico em heterocistos especializados. Isso permite que elas sobrevivam em ambientes extremamente pobres em nutrientes, mas o custo metabólico é alto. Cada molécula de N reduzida consome 16 ATP e exige proteção da nitrogenase contra oxigênio, daí a diferenciação celular. Em cultivo, isso se manifesta como um atraso significativo na fase exponencial de crescimento quando o meio não contém fonte de nitrogênio combinado. Se o seu meio não tem sal de amônio nem nitrato e a cultura demora para entrar em crescimento, verifique se as cepas são realmente fixadoras de nitrogênio antes de descartá-las como contaminadas ou inviáveis.
Tem ainda a questão dos limites. Bactérias autotróficas não resolvem problemas de poluição orgânica. Elas não degradam hidrocarbonetos, plásticos ou resíduos industriais complexos. Esse trabalho cabe às bactérias heterotróficas. Autotrofia é uma vantagem em ambientes oligotróficos, mas uma desvantagem quando há substratos orgânicos disponíveis que poderiam ser metabolizados muito mais rápido. Em biofilmes de reatores, é comum observar competição onde heterotróficos eventualmente dominam o espaço porque aproveitam matéria orgânica dissolvida que escapa de outras fontes, sufocando o crescimento autotrófico mesmo em condições que parecem ideais no papel. Se você monitora um sistema e nota queda progressiva na população autotrófica apesar de manter iluminação ou substrato inorgânico adequados, investigue a concentração de carbono orgânico dissolvido no meio. Frequentemente, o problema está aí. Resumindo de forma direta: as bactérias produzem seu próprio alimento fotossíntese (com ou sem produção de O) e quimiossíntese (oxidação de compostos inorgânicos). A escolha do mecanismo depende inteiramente do ambiente disponível. E a lição que vale para qualquer cenário prático é que autotrofia não é uma solução universal. Ela funciona muito bem em condições específicas, mas falha miseravelmente quando as variáveis ambientais saem da faixa estreita em que a fisiologia bacteriana foi otimizada.
