Notícia

Células mudam para fermentação anaeróbica para crescer mais rápido

Fonte

Universidade Livre de Amsterdã

Data

segunda-feira, 21 fevereiro 2022 14:45

Áreas

Biologia. Bioquímica. Microbiologia.

Juntamente com pesquisadores de Delft, Dinamarca e Reino Unido, o grupo de pesquisa do Laboratório de Biologia de Sistemas da Universidade Livre de Amsterdã, nos Países Baixos, encontrou uma resposta para a questão de por que as células ocasionalmente mudam para a fermentação anaeróbica quando há oxigênio suficiente: as células parecem fazer a troca para crescer mais rápido.

Com base nos processos em uma célula de levedura, o consórcio de pesquisa utilizou um modelo computacional para calcular a melhor estratégia – com ou sem oxigênio – para que as células cresçam o mais rápido possível. Os pesquisadores mapearam cada reação química envolvida no crescimento celular, incluindo todas as reações necessárias para construir cada aspecto da maquinaria da célula – suas proteínas e mitocôndrias – aproximadamente dezesseis mil reações no total. Os resultados foram publicados recentemente na revista científica Nature Communications.

Respiração

As células musculares usam oxigênio para converter açúcares em CO₂, água e energia. Esse processo é conhecido como respiração: inalamos oxigênio, exalamos dióxido de carbono e nossos músculos e cérebros usam a energia liberada no processo. No entanto, essas células mudam para a produção de ácido lático quando falta oxigênio. Esse processo é chamado de fermentação.

Por que fermentação?

No entanto, as células cancerosas (e muitas células que se dividem rapidamente, como as células epiteliais) mudam para a produção de ácido lático mesmo quando não há deficiência de oxigênio. Isso é chamado de efeito Warburg. Um fenômeno semelhante ocorre com o fermento usado para fazer cerveja, vinho e pão. Se a levedura cresce lentamente, na presença de oxigênio, queima o açúcar de forma muito eficiente para produzir CO₂, mas se cresce rapidamente, a levedura muda sua estratégia e produz álcool e CO₂. O último processo produz muito menos energia para as células. Assim, a grande questão fundamental é: por que essas células mudam para a fermentação se ela fornece muito menos energia?

Benefícios e custos

Com o auxílio de um modelo computacional, os pesquisadores calcularam qual das duas estratégias é a melhor para alcançar o crescimento mais rápido possível. Eles chegaram à conclusão de que a razão pela qual as células mudam para a fermentação está intimamente relacionada aos benefícios e custos: a respiração pode fornecer mais energia, mas a maquinaria necessária para isso, como as mitocôndrias nas células, também consome muita energia. A fermentação, por outro lado, requer apenas duas enzimas. E o crescimento rápido fornece uma vantagem evolutiva.

Geração de energia de baixo custo

Os cálculos revelam que quando a taxa de crescimento é baixa devido aos baixos níveis de açúcar, os benefícios energéticos dominam: as células são forçadas a operar economicamente e assim o açúcar é queimado completamente. No entanto, à medida que as células crescem mais rapidamente, o custo torna-se progressivamente mais significativo, pois, além de um gerador de energia, elas precisam de um número maior de ‘máquinas’ para produzir os ‘blocos de construção’ da célula em velocidade. Por esse motivo, as células mudam para uma maneira de geração de energia de ‘menor custo’.

Melhor compreensão do efeito Warburg

O modelo e os insights podem ser aplicados para melhorar a exploração de células de levedura para aplicações biotecnológicas, como a produção de biocombustíveis ou produtos químicos. Além disso, os pesquisadores esperam que os resultados contribuam para uma melhor compreensão de por que o efeito Warburg ocorre nas células cancerígenas.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Livre de Amsterdã (em inglês).

Fonte: Universidade Livre de Amsterdã. Imagem: Divulgação.

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