A nova pesquisa se concentrou em uma proteína específica usada por bacteriófagos (representacional).
À medida que o mundo enfrenta um aumento de bactérias resistentes a antibióticos – tornando os antibióticos tradicionais ineficazes – vírus específicos podem oferecer uma solução.
Vírus chamados bacteriófagos, ou fagos, têm como alvo bactérias, mas não podem infectar humanos ou outros organismos superiores. Os fagos injetam seu DNA na célula bacteriana, multiplicam-se em grandes números usando os recursos do hospedeiro e então explodem para infectar mais bactérias nas proximidades.
Essencialmente, eles são um antibiótico natural, autorreplicante e específico. Descobertos há mais de 100 anos, seu uso contra bactérias foi largamente deixado de lado em favor de antibióticos.
Nossa nova pesquisa analisou uma proteína específica usada por fagos para contornar as defesas naturais de bactérias. Descobrimos que essa proteína tem uma função de controle essencial ao se ligar ao DNA e ao RNA.
Esse aumento na compreensão é um passo importante para o uso de fagos contra patógenos bacterianos na saúde humana ou na agricultura.
Sistemas de defesa bacteriana
Existem obstáculos para usar fagos para atingir bactérias. Assim como nossos corpos têm mecanismos imunológicos para combater vírus, bactérias também desenvolveram defesas contra infecções por fagos.
Uma dessas defesas é “repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente intercaladas”, ou CRISPRagora mais conhecido por suas aplicações em medicina e biotecnologia. Os sistemas CRISPR em geral agem como “tesouras moleculares” cortando o DNA em pedaços, seja em um ambiente de laboratório ou, na natureza, dentro de uma bactéria para destruir um fago.
Imagine querer usar um fago contra uma infecção bacteriana resistente a antibióticos. A única coisa que impede que o fago mate a bactéria e erradique a infecção pode ser a defesa CRISPR da bactéria, que torna os fagos inúteis como antimicrobianos.
É aí que conhecer o máximo possível sobre as contra-defesas dos fagos se torna importante. Estamos investigando os chamados anti-CRISPRs: proteínas ou outras moléculas que os fagos usam para inibir o CRISPR.
Uma bactéria que tem CRISPR pode ser capaz de impedir que um fago infecte. Mas se o fago tiver o anti-CRISPR certo, ele pode neutralizar essa defesa e matar a bactéria de qualquer maneira.
A importância dos anti-CRISPRs
Nosso pesquisa recente focado em como uma resposta anti-CRISPR é controlada.
Quando confrontados com uma defesa CRISPR poderosa, os fagos querem produzir automaticamente grandes quantidades de anti-CRISPR para aumentar a chance de inibir a imunidade CRISPR. Mas a produção excessiva de anti-CRISPR impede a replicação do fago e é, em última análise, tóxica. É por isso que o controle é importante.
Para atingir esse controle, os fagos têm outra proteína em sua caixa de ferramentas: uma proteína associada ao anti-CRISPR (ou Aca) que frequentemente ocorre junto com os próprios anti-CRISPRs.
As proteínas Aca agem como reguladoras da contradefesa do fago. Elas garantem que a explosão inicial de produção anti-CRISPR que inativa o CRISPR seja então rapidamente amortecida para níveis baixos. Dessa forma, o fago pode alocar energia para onde ela é mais necessária: sua replicação e, eventualmente, liberação da célula.
Descobrimos que essa regulação ocorre em vários níveis. Para que qualquer proteína seja produzida, a sequência genética no DNA precisa primeiro ser transcrita em um RNA mensageiro. Isso é então decodificado, ou traduzido, em uma proteína.
Muitas proteínas reguladoras funcionam inibindo o primeiro passo (transcrição em RNA mensageiro), algumas outras inibem o segundo (tradução em proteína). De qualquer forma, o regulador frequentemente age como uma espécie de “bloqueio de estrada”, ligando-se ao DNA ou RNA.
Curiosamente e inesperadamente, a proteína Aca que investigamos faz as duas coisas — embora sua estrutura sugira que ela seja apenas um regulador transcricional (uma proteína que regula a conversão de DNA em RNA), muito semelhante àquelas que vêm sendo investigadas há décadas.
Também examinamos por que esse controle extra-rígido em dois níveis é necessário. Novamente, parece ser tudo sobre a dosagem dos anti-CRISPRs, especialmente quando o fago replica seu DNA na célula bacteriana. Essa replicação invariavelmente levará à produção de RNAs mensageiros, mesmo na presença de controle transcricional.
Portanto, parece que regulamentação adicional é necessária para controlar a produção anti-CRISPR. Isso remete à toxicidade da produção excessiva dessa proteína de contradefesa, ao dano causado quando há “muito de uma coisa boa”.
Controle ajustado
O que essa pesquisa significa no grande esquema das coisas? Agora sabemos muito mais sobre como ocorre a implantação anti-CRISPR. Ela requer controle fino para permitir que o fago tenha sucesso em sua batalha contra a bactéria hospedeira.
Isso é importante na natureza, mas também quando se trata de usar fagos como antimicrobianos alternativos.
Conhecer todos os detalhes sobre algo tão obscuro quanto as proteínas associadas ao anti-CRISPR pode fazer toda a diferença entre o sucesso ou a derrota do fago — e entre a vida ou a morte, não apenas para o fago, mas também para uma pessoa infectada com bactérias resistentes a antibióticos.
Nils BirkholzPós-doutorado em Microbiologia Molecular, Universidade de Otago
Este artigo foi republicado de A Conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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