Dentro das células de plantas aparentemente estáticas, ha poblaciones vibrantes de organelos móveis. Cientos de mitocôndrias, as provedoras de energia da célula, se mudam por conta própria, seguindo sua viagem e interagindo entre elas enquanto o fazem. As mitocôndrias dan pequeños passos para explorar sua área celular local, e utilizam “carreteras” dentro da célula (filamentos hechos de actina) para atravessar rapidamente longas distâncias. Embora este movimento tenha sido bem caracterizado, o mistério permanece: Por que a planta invertida energía em mover esses poderosos organelos pela célula?

Na superfície, as mitocôndrias das plantas têm um trabalho impossível. Por una parte, reúnase les benéficos. Pueden fusionarse e intercambiar ADN mitocondrial (mtADN), proteínas e outros compostos químicos, em uma colaboração constante que é importante para a planta. Quando se afeta este intercâmbio, por mutações, por exemplo, as plantas crescem mais lentamente e ficam menos verdes. Inclusive você pode chegar a ser estériles ou experimentar outros problemas. Por outro lado, é bom que as mitocôndrias mantenham sua independência. Uma distribuição uniforme de mitocôndrias na célula garante um suprimento uniforme de energia, limita o acúmulo de compostos químicos nocivos para a célula e permite que as mitocôndrias entrem em contato com outros organelos. Acreditamos que o movimento mitocondrial pode ser uma maneira de ter o melhor dos dois mundos - permitindo que os encontros ocasionais enquanto mantenham uma distribuição uniforme de mitocôndrias na célula. Mas para explorar esta ideia precisamos entender como se mueven realmente as mitocôndrias e como es que diferentes movimentos permitem resolver esta disyuntiva.

Como explorar estas comunidades dentro da célula vegetal? Começamos por examinar como se mueven as mitocôndrias. En nuestro laboratorio en la Universidad de Birmingham (nosso grupo tiene como base la Universidad de Bergen pero ¡somos internacionales!), utilizamos microscopia de laser em células vivas para observar as mitocondrias de plântulas de Arabidopsis, uma planta favorita para estudos experimentais. O professor David Logan, que foi pioneiro no campo da dinâmica mitocondrial de plantas, gerou e amavelmente nos proporcionou uma linha de plantas com mitocondrias marcadas com proteínas fluorescentes. Usando estas plantas, podemos assistir ao vídeo da dinâmica das mitocôndrias, como podemos ver ocorrendo em uma célula do hipocótilo (tallo en desarrollo) no próximo vídeo.

A partir de vídeos como este, podemos usar algoritmos para rastrear a posição de cada uma das mitocôndrias ao longo do tempo. O computador nos relata suas velocidades, os ângulos de seus movimentos, as distâncias entre elas e a superfície que recorria.

Como afeta este movimento sua capacidade de reunir e compartilhar conteúdo? La respuesta vino al utilizar un modelo sorprendente — redes sociais. As redes sociais descrevem as interações entre indivíduos — geralmente pessoas —, mas aplicamos a ideia às mitocôndrias. Quando uma mitocôndria se encontra a uma curta distância de outra (aproximadamente, um mícron equivalente à longitude de uma mitocôndria), lo registramos como um 'encontro'. Estes 'encontros' les dan la oportunidad a las mitocondrias de fusionarse e intercambiar conteúdo e informação genética. Com o tempo, esses encontros se acumulam e podem ser representados como a rede social de uma população. Os nodos da rede são mitocondrias individuais e as bordas entre elas são os encontros. Já que a teoria deste tipo de rede tem sido muito bem desenvolvida, podemos utilizá-la para contestar perguntas como: por que tantas conectadas se encontram as mitocôndrias de determinada célula? ¿Las mitocondrias formam “comunidades” (grupos sociais muy unidos)? Qual é a variação “social” existente entre as mitocôndrias? E o que são tão eficientes são redes para compartilhar informações? 

Construímos redes sociais de plântulas de Arabidopsis e as comparações com simulações feitas por computador para explorar o que poderia registrar uma planta com diferentes movimentos mitocondriais. Essas simulações mostram que, na verdade, há um equilíbrio delicado: uma tensão entre as mitocôndrias que se encontram esparcidas de maneira uniforme ou que se encontram muito conectadas socialmente. Nenhuma célula vegetal, que não esteja em simulação, pode registrar ambos ao mesmo tempo. Mais uma vez, descobrimos que as células aliviam essa tensão tanto, ou até de forma mais eficiente, do que qualquer uma de nossas simulações. A eficiência dessas redes sociais mitocondriais —uma medida que pode facilmente comparar o conteúdo— é muito maior que as simulações teóricas. Isso sugere que a dinâmica das mitocôndrias das plantas tenha evoluído para compartilhar o conteúdo de forma eficiente - sem ter que sacrificar uma distribuição uniforme por toda a célula e, portanto, sua habilidade para fornecer energia, evitar o acúmulo de compostos danificados e encontrá-lo com outros órgãos. 

Para sustentar nossos resultados, observamos as mitocôndrias de uma linha mutante de Arabidopsis chamada amigável(o amigable en español, así llamada porque las mitocondrias desta linha de plantas são muito amigables y se mantienen juntas durante períodos más largos de timelo que perturba la distribución uniforme de mitocondrias en la célula). O professor também trabalhou em seu projeto e nos trouxe alguns indivíduos para nossos experimentos. Nessas plantas, as mitocôndrias formam comunidades altamente conectadas que, inicialmente, não se reúnem com outros grupos de mitocôndrias de maneira frequente, o que limita sua capacidade de compartilhar informações. Sem embargo, esta situação não se mantém por muito tempo. Observamos que as mitocondrias sociais (os populares) viajam de grupo em grupo, de comunidade em comunidade, conectando todos esses agrupamentos e eventualmente alcançando uma eficiência semelhante às plantas não mutantes. 

Observar la conectividad social de estos dinâmicos organelos nos hayudado a descobrir la disyuntiva a la que las mitocôndrias se enfrentan, y nos mostra la eficiencia de su extraordinaria movilidad para conseguir las mayor ventaja de estar separado fisicamente (para sumir energía de manera uniforme) y , al mismo time, poder reunirse (para permitir el intercambio de material) cuando sea necesario. No futuro, trabalharemos para compreender a maior profundidade as implicações desta disjuntiva para o metabolismo das plantas (donde o posicionamento das mitocôndrias da forma a la comunicação com outros organelos, que é essencial para a fotosíntese e a fotorrespiração) e a genética (onde a intercâmbio mitocondrial influencia sobre a manutenção e a hereditariedade do ADN mitocondrial). Esses temas são de grande interesse para a biologia básica, como para a agricultura é o metabolismo das plantas que alimentam o mundo. Além disso, o mtADN joga um papel fundamental na produção de cultivos híbridos. 

Para conhecer mais e abordar o mundo colorido das mitocôndrias vegetais, você pode consultar www.mitochondriamove.com e leia nosso trabalho aqui: https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(21)00133-2

Joanna e Iain estão interessados ​​na dinâmica, genética e evolução dos órgãos em todos os organismos, especialmente nas plantas. O Grupo de Biologia Estocástica, que Iain dirige, trabalha com uma mistura de dados experimentais e aproximações com modelos para entender sistemas biológicos estocásticos e complexos. Joanna é uma estudante de doutorado na Universidade de Birmingham, no Reino Unido, e uma apaixonada comunicadora da ciência. Iain é Professor Associado da Universidade de Bergen, Noruega. Segue a Joana, @ChustekiSci, sim Iain, @mitomaths, no Twitter e consulte o trabalho do Grupo de Biologia Estocástica aqui: https://org.uib.no/stochasticbiology/people.html. Você pode rever outros de seus vídeos em seu canal do YouTube aqui: https://www.youtube.com/channel/UCp-