Os cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias partilham genes, incluindo os genes que causam resistência antimicrobiana (RAM), uma ameaça crescente à saúde global. As descobertas vieram de pesquisadores do John Innes Center, que estudaram partículas incomuns conhecidas como agentes de transferência de genes (GTAs).
Os GTAs se assemelham aos bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores prejudiciais. Em vez disso, provêm de vírus antigos que as bactérias adaptaram e colocaram sob seu próprio controle.
Partículas semelhantes a vírus entregam DNA entre as células
Essas partículas atuam como pequenos veículos de entrega. Eles pegam fragmentos de DNA de uma célula bacteriana e os transferem para outras células próximas. Este processo, denominado transferência horizontal de genes, permite que as bactérias troquem rapidamente características úteis, incluindo genes que as ajudam a sobreviver ao tratamento com antibióticos.
Uma etapa fundamental neste processo é a lise da célula hospedeira, a ruptura da célula bacteriana para que as partículas GTA possam ser liberadas. Até agora, os cientistas não entendiam completamente como essas partículas escapavam das células hospedeiras.
Um conjunto de genes-chave controla a lise celular
Num estudo publicado em Microbiologia da naturezaA equipe usou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar genes envolvidos na atividade do GTA em uma bactéria modelo Caulobacter crescente.
Eles identificaram um sistema de três genes chamado LypABC que produz proteínas bacterianas. Quando os genes lypABC foram deletados, as células não puderam mais se desdobrar e liberar partículas GTA. Quando o sistema foi superativado, muitas células sofreram lise. Estes resultados indicam que o LypABC atua como um centro de controle central para este processo.
Um sistema imunológico reprojetado para transferência de genes
Uma das descobertas mais surpreendentes é que o LypABC se assemelha muito ao sistema imunológico antifágico bacteriano. Contém componentes proteicos normalmente associados à proteção contra vírus. No entanto, neste caso, o sistema parece ter sido reaproveitado para ajudar a libertar partículas GTA e facilitar a transferência de genes.
Este trabalho, realizado em colaboração com a Universidade de York e o Instituto Rowland de Harvard, mostra como as bactérias podem reutilizar sistemas biológicos existentes de formas inesperadas.
Regulamentação rigorosa é essencial para a sobrevivência
Os pesquisadores também descobriram uma proteína reguladora que ajuda a manter a atividade do GTA sob rígido controle. Esta regulação é crítica porque a ativação incorreta do LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar quão flexíveis os sistemas bacterianos podem ser, a investigação proporciona uma compreensão mais profunda de como os genes se movem entre as células. Este processo desempenha um papel importante na propagação da resistência aos antibióticos.
Novas pistas na luta contra a resistência aos antibióticos
A principal autora do estudo, Emma Banks, pesquisadora da Comissão Real sobre a Exposição de 1851, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o utilizam para liberar partículas GTA. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reprogramados para ajudar as bactérias a trocarem DNA entre si, um processo que pode contribuir para a disseminação da resistência aos antibióticos.”
O próximo passo é entender como o sistema LypABC é ativado e como ele controla a ruptura das células bacterianas para liberar partículas GTA.
A investigação lançou uma nova luz importante sobre os inimigos que se tornaram aliados e que permitem que as bactérias partilhem genes, incluindo aqueles associados à resistência antimicrobiana (RAM).
A ideia, que expande a nossa compreensão da principal ameaça à saúde global da RAM, surgiu quando investigadores do Centro John Innes investigaram os curiosos fenómenos dos agentes de transferência de genes (GTAs).
Essas partículas portadoras de genes parecem bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas foram cultivadas a partir de vírus antigos e usadas para beneficiar a célula hospedeira bacteriana.
Atuando como mensageiros, eles coletam pacotes do DNA da bactéria hospedeira e os entregam às bactérias vizinhas. Esta troca “altruísta”, conhecida como transferência horizontal de genes, pode disseminar rapidamente características benéficas, incluindo genes que conferem resistência a antibióticos utilizados para tratar infecções.
Um passo importante na vida de um GTA é a lise da célula hospedeira: a desintegração da célula hospedeira com a liberação de partículas de GTA encapsuladas em DNA. Anteriormente não estava claro como as partículas GTA escapam às células hospedeiras bacterianas.
Neste estudo, que aparece em microbiologia da natureza, A equipe usou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar genes importantes para a função do GTA na bactéria modelo Caulobacter crescentus.
Isto identificou um centro de controle de três genes, LypABC, que codifica proteínas bacterianas. Quando estes genes lypABC foram eliminados, as bactérias já não conseguiam lisar para libertar partículas GTA. Em contraste, ao superexpressar o hub lypABC, obtiveram uma proporção muito elevada de células lisadas. Juntos, esses experimentos identificaram o LypABC como um mecanismo de controle para a lise celular mediada pelo GTA.
Surpreendentemente, o LypABC se assemelha ao sistema imunológico antifágico bacteriano, pois contém domínios proteicos que normalmente são necessários para a defesa contra vírus. No entanto, este esforço conjunto entre o John Innes Center, a Universidade de York e o Rowland Institute em Harvard mostra que eles foram reaproveitados para libertar partículas GTA para transferência de genes.
Eles também identificaram uma proteína reguladora necessária para o controle rígido da ativação do GTA e da lise mediada pelo GTA. Este controle é importante porque a regulação incorreta do LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao destacar a plasticidade dos domínios bacterianos, o estudo avança no conhecimento fundamental de como ocorre a transferência de genes entre células bacterianas e fornece uma pista importante para a compreensão de como ocorre a RAM.
A principal autora do estudo, Emma Banks, pesquisadora da Comissão Real sobre a Exposição de 1851, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o utilizam para liberar partículas GTA. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reprogramados para ajudar as bactérias a trocarem DNA entre si, um processo que pode contribuir para a disseminação da resistência aos antibióticos.”
O próximo passo da pesquisa será identificar como o centro de controle LypABC é ativado e como ele funciona para controlar a ruptura das células bacterianas e a liberação de partículas GTA.
“Um sistema imunológico bacteriano semelhante ao CARD-NLR controla a liberação de agentes de transferência de genes”, de acordo com Microbiologia da natureza.
