O metabolismo do enxofre em sedimentos de mangue marinho subtropical difere fundamentalmente de outros habitats, conforme revelado pelo SMDB

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8126 (2023) Cite este artigo

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O sequenciamento de metagenoma shotgun oferece a oportunidade de recuperar populações raras pouco exploradas e identificar caminhos bioquímicos difíceis de elucidar. No entanto, as informações sobre os genes do enxofre, incluindo suas sequências, estão espalhadas em bancos de dados públicos. Aqui, apresentamos o SMDB (https://smdb.gxu.edu.cn/) - um banco de dados manualmente curado de genes de enxofre com base em uma revisão aprofundada da literatura científica e do banco de dados de ortologia. O SMDB continha um total de 175 genes e abrangia 11 processos de metabolismo de enxofre com 395.737 sequências representativas afiliadas a 110 filos e 2.340 gêneros de bactérias/archaea. O SMDB foi aplicado para caracterizar o ciclo do enxofre de cinco habitats e comparou a diversidade microbiana dos sedimentos de mangue com a de outros habitats. A estrutura e composição das comunidades de microorganismos e genes de enxofre foram significativamente diferentes entre os cinco habitats. Nossos resultados mostram que a diversidade alfa de microorganismos em sedimentos de mangue foi significativamente maior do que em outros habitats. Genes envolvidos na redução dissimilatória de sulfato foram abundantes em manguezais marinhos subtropicais e sedimentos do mar profundo. Os resultados do modelo de comunidade neutra mostraram que a dispersão microbiana foi maior no ecossistema de mangue marinho do que em outros habitats. O Flavilitoribacter do microrganismo metabolizador de enxofre torna-se um biomarcador confiável nos cinco habitats. O SMDB ajudará os pesquisadores a analisar os genes do ciclo do enxofre da metagenômica de forma eficiente.

Os microrganismos desempenham papéis essenciais no ciclo do enxofre, que determinam os compostos de transformação do enxofre e seu destino no meio ambiente1. Compostos de enxofre são abundantes em ambientes naturais, e um enorme armazenamento de sulfato e sulfetos é encontrado em ecossistemas marinhos2. O ciclo do enxofre, impulsionado principalmente pela oxidação do enxofre e redução do sulfato, está fortemente interligado com outros ciclos bioquímicos (ou seja, carbono, nitrogênio, fósforo) com implicações de longo alcance para o ecossistema ambiental3. Com base em relatórios anteriores, bactérias redutoras de sulfato (SRB) desempenham um papel crucial na precipitação de metais pesados4, poluentes5 e biodegradação de hidrocarbonetos6. Assim, caracterizar os genes da ciclagem de enxofre e os microrganismos metabolizadores de enxofre é importante para entender os processos de ciclagem de enxofre nos ambientes.

O ciclo do enxofre é um processo bioquímico complexo no meio ambiente, consistindo de transformações inorgânicas e orgânicas do enxofre. As transformações inorgânicas (ou seja, redução dissimilatória canônica do sulfato [DSR] e redução assimilatória do sulfato [ASR]) foram bem estudadas, conforme descrito no estudo anterior7. Por exemplo, a composição das comunidades de microorganismos mostrou que Deltaproteobacteria era a classe dominante de SRB e a via de ASR era a maior redução de sulfato em um biorreator de membrana de biofilme em grande escala para tratamento de águas residuais têxteis7. As transformações do enxofre orgânico têm um papel significativo no ciclo do enxofre, dada a abundância de enxofre orgânico no ecossistema ambiental8. Pesquisas anteriores focaram nas transformações de enxofre inorgânico, portanto, o impacto dos compostos orgânicos de enxofre nos ecossistemas ainda não foi explorado3. Os compostos organossulfurados eram abundantes no ambiente marinho, como dimetilsulfoniopropionato (DMSP)9, sulfonatos3, ésteres de sulfato3 e metanotiol (MeSH)10. O produto da degradação enzimática do DMSP (sulfeto de dimetila [DMS]) pode resultar no aquecimento global9. Sulfonatos são prevalência ecológica decisiva para o intercâmbio de energia entre autotróficos microbianos e heterótrofos, indicando a importância do metabolismo do enxofre orgânico no ambiente11. Portanto, é fundamental desenvolver capacidades para obter o ciclo completo do enxofre por meio de tecnologias avançadas.

Anteriormente, um esforço considerável foi feito para caracterizar os processos do ciclo do enxofre por meio da análise de genes-chave, como sulfito redutase dissimilatória (dsrB)12, adenilil sulfato redutase (aprA)13 e tiosulfohidrolase (soxB)14. Dada a necessidade de primers de DNA adequados para muitos genes de enxofre, a reação em cadeia da polimerase (PCR) geralmente produz resultados experimentais imprecisos15,16. No entanto, o sequenciamento de metagenoma shotgun oferece a oportunidade de recuperar o ciclo de enxofre subexplorado17. Potenciais genes envolvidos na ciclagem do enxofre foram anotados para análise metagenômica usando banco de dados de ortologia18. No entanto, um banco de dados de ortologia abrangente e confiável é essencial para a anotação precisa de genes funcionais. Assim, os resultados da análise metagenômica são fortemente influenciados pela seleção de bancos de dados de ortologia.