Cientistas descobrem que bactérias podem explodir para espalhar resistência a antibióticos
Cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias compartilham genes, incluindo aqueles que impulsionam a resistência antimicrobiana (RAM), uma crescente ameaça à saúde global. As descobertas são resultado de pesquisas realizadas no Centro John Innes, onde foram estudadas partículas curiosas conhecidas como agentes de transferência de genes (ATGs).
Os ATGs se assemelham a bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores prejudiciais. Em vez disso, derivam de vírus antigos que as bactérias adaptaram e controlaram.
Partículas Semelhantes a Vírus Transferem DNA Entre Células
Essas partículas atuam como minúsculos veículos de entrega. Elas capturam fragmentos de DNA de uma célula bacteriana e os transportam para células vizinhas. Esse processo, conhecido como transferência horizontal de genes, permite que as bactérias compartilhem rapidamente características úteis, incluindo genes que as ajudam a resistir a tratamentos com antibióticos.
Um passo crucial nesse processo é a lise da célula hospedeira, que envolve a ruptura de uma célula bacteriana para liberar as partículas de ATG. Até agora, os cientistas não compreendiam totalmente como essas partículas escapavam de suas células hospedeiras.
Um Conjunto de Genes 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.
Foi identificado um sistema de três genes chamado LypABC, que produz proteínas bacterianas. Quando os genes lypABC foram removidos, as células não conseguiam mais se romper para liberar partículas de ATG. Quando o sistema foi superativado, muitas células sofreram lise. Esses resultados mostram que LypABC atua como um centro de controle central para esse processo.
Um Sistema Imune Reaproveitado para Transferência de Genes
Uma das descobertas mais surpreendentes é que o LypABC se assemelha muito a um sistema imune antibacteriano. Ele contém componentes proteicos geralmente associados à defesa contra vírus. No entanto, neste caso, parece que o sistema foi reaproveitado para auxiliar na liberação de partículas de ATG e promover a transferência de genes.
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.
A Regulação Rigorosa é Essencial para a Sobrevivência
Os pesquisadores também descobriram uma proteína reguladora que ajuda a manter a atividade de ATG sob controle estrito. Essa regulação é crítica, pois a ativação inadequada do LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar a flexibilidade dos sistemas bacterianos, o estudo oferece uma compreensão mais profunda de como os genes se movem entre as 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 Fellow 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 estão usando-o para liberar partículas de ATG. Isso sugere que 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 ele controla a ruptura das células bacterianas para liberar partículas de ATG.
A pesquisa iluminou aspectos importantes sobre os aliados que permitem que as bactérias troquem genes, incluindo aqueles ligados à resistência antimicrobiana (RAM).
As informações, que ampliam nossa compreensão sobre a ameaça à saúde global representada pela RAM, surgiram enquanto pesquisadores do Centro John Innes investigavam os fenômenos curiosos dos agentes de transferência de genes (ATGs).
Essas partículas que transportam genes parecem com bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas foram domesticadas a partir de vírus antigos e utilizadas de forma benéfica sob o controle da célula bacteriana hospedeira.
Agindo como mensageiros, elas capturam fragmentos do DNA bacteriano hospedeiro e os entregam a bactérias vizinhas. Esse compartilhamento “desinteressado”, conhecido como transferência horizontal de genes, pode rapidamente disseminar características úteis, inclusive genes que conferem resistência a medicamentos antibióticos utilizados para tratar infecções.
Uma fase crucial da vida do ATG é a lise da célula hospedeira: a degradação de uma célula hospedeira para liberar partículas de ATG repletas 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 usou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar os genes críticos para a função de ATG na bactéria modelo Caulobacter crescentus.
Foi identificado um centro de controle de três genes, LypABC, codificando proteínas bacterianas. Quando esses genes lypABC foram eliminados, as bactérias não conseguiram mais sofrer lise para liberar partículas de ATG. Em contraste, 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 ATG.
Surpreendentemente, o LypABC se assemelha a um sistema imune antibacteriano, já que contém domínios proteicos que normalmente são necessários para a defesa contra vírus. Contudo, este esforço colaborativo entre o Centro John Innes, a Universidade de York e o Instituto Rowland de Harvard sugere que ele foi reaproveitado para liberar partículas de ATG para transferência de genes.
Os pesquisadores também identificaram uma proteína reguladora que é necessária para o controle rigoroso tanto da ativação de ATG quanto da lise mediada por ATG. Este controle é importante, pois a desregulação do LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao destacar a plasticidade dos domínios bacterianos, o estudo avança no conhecimento fundamental sobre como a transferência de genes ocorre entre células bacterianas e oferece uma importante pista para entender como a RAM acontece.
A primeira autora do estudo, Dra. Emma Banks, uma Fellow da Royal Commission for the Exhibition of 1851, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias estão usando-o para liberar partículas de ATG. Isso sugere que 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 da 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 de partículas de ATG.
“Um sistema imunológico tipo CARD-NLR bacteriano controla a liberação de agentes de transferência de genes,” aparece na Nature Microbiology.
