A fermentação bacteriana domina a respiração em solos de terras altas durante a hipóxia

O que aconteceu

Nos ecossistemas do solo, as concentrações de oxigênio (O2) podem variar acentuadamente ao longo do espaço e do tempo, apresentando desafios para a sobrevivência microbiana. Para se adaptar e prosperar sob condições hipóxicas, muitos microrganismos demonstram notável flexibilidade metabólica. Notavelmente, uma bactéria modelo de solo Mycobacterium smegmatis pode alternar entre fermentação e respiração para manter a homeostase redox e a produção de ATP sob hipóxia. No entanto, a nível comunitário, ainda não se compreende como os micróbios do solo se adaptam às transições oxico-anóxicas. Aqui, comparamos como as comunidades de solo de terras altas e úmidas adaptam sua expressão gênica e atividades biogeoquímicas durante transições oxico-anóxicas simuladas. Ao integrar as medidas biogeoquímicas com um ensaio de glicose 13C marcado diferencialmente, observamos que os micro-organismos em solos de jardim bem oxigenados mudaram para metabolismo fermentativo sobre a anóxia, excreindo hidrogênio, acetato e outros ácidos graxos de cadeia curta, enquanto redirecionava os metabolismos centrais de carbono através da via Embden-Meyer-Parnas (EMP). Em contraste, um solo úmido O2 baixo produziu hidrogênio mínimo, succinato excretado e glicose 13C completamente oxidada a 13CO2, sugerindo acoplamento mais apertado entre fermentação e respiração. A análise dos metagenomas e metatranscriptomas do solo mostrou consistentemente aumento da abundância e expressão de hidrogenases fermentativas na transição anóxica em todos os solos testados. Além disso, enquanto os micróbios do solo de terras altas respondem extensivamente à hipóxia, as comunidades de zonas húmidas já estavam preparadas para condições de O2 tão baixas. Ao todo, fornecemos evidências ecossistêmicas de que a fermentação é uma estratégia chave de sobrevivência para microrganismos aeróbios, desafiando a noção de que a respiração domina em ambientes transientemente oxicosos.