Cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias compartilham genes, incluindo aqueles que impulsionam a resistência a antimicrobianos (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 de genes (ATGs).
Os ATGs se assemelham a bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores nocivos. Em vez disso, são derivados de vírus antigos que as bactérias adaptaram e passaram a controlar.
Partículas Semelhantes a Vírus Transportam DNA Entre Células
Essas partículas atuam como pequenos veículos de entrega. Elas capturam fragmentos de DNA de uma célula bacteriana e os transportam para outras células próximas. Esse processo, chamado transferência horizontal de genes, 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 de ATG 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 puderam mais romper-se para liberar partículas de ATG. Quando o sistema foi superativado, muitas células passaram por lise. Esses resultados mostram que LypABC atua como um centro de controle central para esse processo.
Um Sistema Imunológico Reaproveitado Para Transferência de Genes
Uma das descobertas mais surpreendentes é que LypABC se assemelha muito a um sistema imunológico anti-fago bacteriano. Ele contém componentes de proteínas geralmente 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 de genes.
Esse trabalho, realizado em colaboração com a Universidade de York e o Rowland Institute da Universidade de 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 rigoroso. Essa regulação é crítica porque a ativação inadequada de LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar como os sistemas bacterianos podem ser flexíveis, o estudo fornece uma visão 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 pesquisadora da Royal Commission for the Exhibition of 1851, disse: “O que é particularmente interessante é que LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o utilizam 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 lançou nova luz importante sobre os inimigos que se tornaram aliados, permitindo que as bactérias troquem genes, incluindo aqueles ligados à resistência a antimicrobianos (RAM).
As percepções, que expandem nossa compreensão da importante ameaça global que a RAM representa, surgiram enquanto os pesquisadores do John Innes Centre investigavam os fenômenos curiosos dos agentes de transferência de genes (ATGs).
Essas partículas transportadoras de genes se parecem com bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas foram domesticadas de vírus antigos e colocadas a serviço sob o controle da célula bacteriana hospedeira.
Atuando como mensageiros, elas capturam pacotes de DNA da bactéria hospedeira e os entregam a bactérias vizinhas. Esse compartilhamento “abnegado”, conhecido como transferência horizontal de genes, pode rapidamente espalhar características úteis, incluindo genes que conferem resistência a drogas antibióticas usadas para tratar infecções.
Uma etapa crucial da vida do ATG é a lise celular do hospedeiro: a quebra 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 hospedeiras.
Neste estudo, que aparece na Nature Microbiology, a equipe utilizou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar genes críticos para a função do ATG na bactéria modelo Caulobacter crescentus.
Isso identificou um hub de controle de três genes, LypABC, que codifica proteínas bacterianas. Quando esses genes lypABC foram deletados, as bactérias não puderam mais sofrer lise para liberar partículas de ATG. Em contraste, ao superexpressar o hub lypABC, obtiveram uma proporção muito alta de células em lise. Juntas, essas experiências identificaram LypABC como um mecanismo de controle para a lise celular mediada por ATG.
Surpreendentemente, LypABC se assemelha a um sistema imunológico anti-fago bacteriano, uma vez que contém domínios de proteína que geralmente são necessários para defesa contra vírus. No entanto, esse esforço colaborativo entre o John Innes Centre, a Universidade de York e o Rowland Institute de Harvard sugere que ele foi reaproveitado para liberar partículas de ATG para a transferência de genes.
Eles também identificaram uma proteína reguladora que é necessária para o controle rigoroso tanto da ativação do ATG quanto da lise mediada por ATG. Esse controle é importante, uma vez que a desregulação de LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao destacar a plasticidade dos domínios bacterianos, o estudo avança o conhecimento fundamental de como a transferência de genes 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 LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o utilizam 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 na pesquisa é descobrir como o hub 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.
