Cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias compartilham genes, incluindo aqueles que levam à resistência antimicrobiana (RAM), uma crescente ameaça à saúde global. As descobertas vêm de pesquisadores do John Innes Centre, que estudaram partículas incomuns conhecidas como agentes de transferência gênica (ATGs).
Os ATGs assemelham-se a bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores prejudiciais. Em vez disso, são derivados de vírus antigos que as bactérias adaptaram e controlam para seu próprio benefício.
Partículas Semelhantes a Vírus Transportam DNA Entre Células
Essas partículas funcionam como pequenos veículos de entrega, pegando fragmentos de DNA de uma célula bacteriana e transportando-os para outras próximas. Esse processo, chamado transferência gênica horizontal, permite que as bactérias compartilhem rapidamente características úteis, incluindo genes que as ajudam a sobreviver a tratamentos com antibióticos.
Um passo crucial nesse processo é a lise da célula hospedeira, que é a ruptura de uma célula bacteriana para que as partículas de ATG possam ser liberadas. Até agora, os cientistas não compreendiam completamente como essas partículas escapavam de suas células hospedeiras.
Cluster Gênico Chave Controla a Lise Celular
Em uma pesquisa publicada na Nature Microbiology, a equipe utilizou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar os genes envolvidos na atividade dos ATGs na bactéria modelo Caulobacter crescentus.
Eles identificaram um sistema de três genes chamado LypABC, que produz proteínas bacterianas. Quando os genes lypABC foram removidos, as células não conseguiram mais se romper para liberar as partículas de ATG. Quando o sistema foi superativado, muitas células sofreram lise. Esses resultados mostram que o LypABC atua como um centro de controle central para esse processo.
Um Sistema Imunológico Reaproveitado para Transferência Gênica
Uma das descobertas mais surpreendentes é que o LypABC se assemelha de perto a um sistema imunológico anti-fago bacteriano. Ele contém componentes proteicos normalmente associados à defesa contra vírus. No entanto, neste caso, o sistema parece ter sido reaproveitado para ajudar a liberar partículas de ATG e promover a transferência gênica.
Este trabalho, realizado em colaboração com a Universidade de York e o Instituto Rowland da Harvard, destaca como as bactérias podem reutilizar sistemas biológicos existentes de maneiras inesperadas.
Regulação Estrita é Essencial para a Sobrevivência
Os pesquisadores também descobriram uma proteína reguladora que ajuda a manter a atividade dos ATGs sob controle rigoroso. Essa regulação é crítica, pois a ativação inadequada do LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar como os sistemas bacterianos podem ser flexíveis, o estudo oferece uma compreensão mais profunda sobre como os genes se movem entre células. Esse processo desempenha um papel importante na disseminação da resistência a antibióticos.
Novas Dicas na Luta Contra a Resistência a Antibióticos
A primeira autora do estudo, Dra. Emma Banks, uma pesquisadora da Royal Commission for the Exhibition of 1851, afirmou: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o usam para liberar partículas de ATG. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reaproveitados para ajudar as bactérias a compartilhar DNA entre si — um processo que pode contribuir para a disseminação da resistência a antibióticos.”
O próximo passo é entender como o sistema LypABC é ativado e como controla a ruptura das células bacterianas para liberar partículas de ATG.
A pesquisa trouxe novas luzes importantes sobre os inimigos transformados em aliados que permitem às bactérias trocar genes, incluindo aqueles ligados à resistência antimicrobiana (RAM).
As percepções, que ampliam nossa compreensão sobre a grave ameaça global da RAM, surgiram enquanto pesquisadores do John Innes Centre investigavam os fenômenos curiosos dos agentes de transferência gênica (ATGs).
Essas partículas que transportam genes se parecem com bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas foram domesticadas a partir de vírus antigos e colocadas em uso benéfico sob o controle da célula bacteriana hospedeira.
Funcionando como correios, elas pegam pacotes de DNA da bactéria hospedeira e os entregam a bactérias vizinhas. Esse compartilhamento “desinteressado”, conhecido como transferência gênica horizontal, pode disseminar rapidamente características úteis, incluindo genes que conferem resistência a medicamentos antibióticos usados para tratar infecções.
Uma etapa crucial na vida dos ATGs é a lise da célula hospedeira: a degradação de uma célula hospedeira para liberar partículas de ATG carregadas de DNA. Anteriormente, não estava claro como as partículas de ATG escapavam de suas células bacterianas hospedeiras.
No estudo, que aparece na Nature Microbiology, a equipe utilizou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar genes críticos para a funcionalidade dos ATGs na bactéria modelo Caulobacter crescentus.
Isso identificou um centro de controle de três genes, LypABC, que codifica proteínas bacterianas. Quando esses genes lypABC foram deletados, as bactérias não conseguiram mais causar lise para liberar partículas de ATG. Em contrapartida, ao superexpressar o centro lypABC, obtiveram uma alta proporção de células em lise. Juntas, essas experiências identificaram o LypABC como um mecanismo de controle para a lise celular mediada por ATGs.
Surpreendentemente, o LypABC se assemelha a um sistema imunológico anti-fago bacteriano, já que contém domínios proteicos que são normalmente exigidos para a defesa contra vírus. No entanto, este esforço colaborativo entre o John Innes Centre, a Universidade de York e o Instituto Rowland da Harvard, sugere que ele foi reaproveitado para liberar partículas de ATG para a transferência gênica.
Eles também identificaram uma proteína reguladora que é necessária para o controle rigoroso tanto da ativação dos ATGs quanto da lise mediada pelos ATGs. Esse controle é importante, pois a regulação incorreta do LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao destacar a plasticidade dos domínios bacterianos, o estudo avança o conhecimento fundamental sobre como a transferência gênica ocorre entre células bacterianas e oferece uma pista importante para entender como a RAM ocorre.
A primeira autora do estudo, Dra. Emma Banks, uma pesquisadora da Royal Commission for the Exhibition of 1851, afirmou: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o usam para liberar partículas de ATG. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reaproveitados para ajudar as bactérias a compartilhar DNA umas com as outras — um processo que pode contribuir para a disseminação da resistência a antibióticos.”
O próximo passo na pesquisa é descobrir como o centro de controle LypABC é ativado e como ele funciona para controlar a ruptura das células bacterianas e a liberação das partículas de ATG.
“Um sistema imunológico tipo CARD-NLR bacteriano controla a liberação de agentes de transferência gênica,” aparece na Nature Microbiology.
