A nova pesquisa concentrou-se em uma proteína específica usada por bacteriófagos (representacional).
À medida que o mundo enfrenta um aumento de bactérias resistentes aos antibióticos – tornando os antibióticos tradicionais ineficazes – vírus específicos podem oferecer uma solução.
Os 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 grande número usando os recursos do hospedeiro e depois explodem para infectar mais bactérias nas proximidades.
Essencialmente, eles são um antibiótico natural, auto-replicante e específico. Descobertos há mais de 100 anos, o seu uso contra bactérias foi largamente posto de lado em favor dos antibióticos.
Nossa nova pesquisa analisou uma proteína específica usada pelos fagos para contornar as defesas naturais das bactérias. Descobrimos que esta proteína tem uma função de controle essencial, ligando-se ao DNA e ao RNA.
Esta maior compreensão é um passo importante para a utilização de fagos contra patógenos bacterianos na saúde humana ou na agricultura.
Sistemas de defesa bacteriana
Existem obstáculos ao uso de fagos para atingir bactérias. Assim como nossos corpos têm mecanismos imunológicos para combater vírus, bactérias também desenvolveram defesas contra infecções fágicas.
Uma dessas defesas são “repetições palindrômicas curtas agrupadas e regularmente interespaçadas”, ou CRISPRagora mais conhecido por suas aplicações em medicina e biotecnologia. Os sistemas CRISPR em geral atuam como “tesouras moleculares”, cortando o DNA em pedaços, seja em 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 esse fago de matar a bactéria e erradicar a infecção pode ser a defesa CRISPR da bactéria, que torna os fagos inúteis como antimicrobianos.
É aí que se torna importante saber o máximo possível sobre as contra-defesas dos fagos. Estamos investigando os chamados anti-CRISPRs: proteínas ou outras moléculas que os fagos usam para inibir o CRISPR.
Uma bactéria que possui CRISPR pode ser capaz de impedir a infecção de um fago. 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 poderosa defesa CRISPR, os fagos desejam 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 conseguir este controlo, os fagos têm outra proteína na sua caixa de ferramentas: uma proteína associada ao anti-CRISPR (ou Aca) que frequentemente ocorre juntamente com os próprios anti-CRISPRs.
As proteínas Aca atuam como reguladores da contra-defesa do fago. Eles garantem que a explosão inicial de produção anti-CRISPR que inativa o CRISPR seja rapidamente atenuada 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 esta regulação ocorre em vários níveis. Para que qualquer proteína seja produzida, a sequência genética no DNA precisa primeiro ser transcrita em um RNA mensageiro. Isto é então decodificado ou traduzido em uma proteína.
Muitas proteínas reguladoras funcionam inibindo a primeira etapa (transcrição em RNA mensageiro), algumas outras inibem a segunda (tradução em proteína). De qualquer forma, o regulador muitas vezes atua como uma espécie de “bloqueio de estrada”, ligando-se ao DNA ou ao RNA.
De forma intrigante e inesperada, a proteína Aca que investigámos faz ambas as coisas – embora a sua estrutura sugira que é apenas um regulador transcricional (uma proteína que regula a conversão de ADN em ARN), muito semelhante aos que têm sido investigados há décadas.
Examinámos também por que razão é necessário este controlo extremamente rigoroso a dois níveis. Novamente, parece que tudo gira em torno da dosagem dos anti-CRISPRs, especialmente porque o fago replica seu DNA na célula bacteriana. Esta replicação levará invariavelmente à produção de RNAs mensageiros mesmo na presença de controle transcricional.
Portanto, parece que é necessária regulamentação adicional para controlar a produção anti-CRISPR. Isto tem a ver com a toxicidade da produção excessiva desta proteína de contra-defesa, com os danos causados quando há “muito de uma coisa boa”.
Controle ajustado
O que esta pesquisa significa no grande esquema das coisas? Agora sabemos muito mais sobre como ocorre a implantação do anti-CRISPR. Requer um controle bem ajustado para permitir que o fago tenha sucesso em sua batalha contra a bactéria hospedeira.
Isto é importante na natureza, mas também quando se trata de usar fagos como antimicrobianos alternativos.
Conhecer todos os detalhes sobre algo que parece tão obscuro como as proteínas associadas ao anti-CRISPR pode fazer toda a diferença entre o sucesso ou a sucumbência do fago – e entre a vida ou a morte, não apenas para o fago, mas também para uma pessoa infectada com vírus resistentes a antibióticos. bactérias.
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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