Os bacteriófagos, vírus que infectam bactérias, têm sido usados para tratar infecções bacterianas há mais de 100 anos. O interesse nestes vírus está a crescer novamente à medida que a resistência aos antibióticos se torna uma ameaça crescente à saúde global. Apesar do foco renovado, a maior parte da pesquisa baseada em fagos continua focada em vírus naturais, principalmente porque os métodos tradicionais de modificação de fagos são lentos, complexos e difíceis de escalar.
No novo PNAS cientistas da New England Biolabs (NEB®) e da Universidade de Yale relatam o primeiro sistema totalmente sintético para o desenvolvimento de bacteriófagos direcionados Pseudomonas aeruginosauma bactéria altamente resistente a antibióticos que representa uma séria ameaça em todo o mundo. Esta abordagem depende da plataforma Golden Gate Assembly (HC-GGA) de alta complexidade do NEB, que permite aos pesquisadores projetar e construir fagos usando dados digitais de sequência de DNA em vez de confiar em amostras de vírus existentes.
Usando este sistema, a equipe construiu um P. aeruginosa fago de 28 fragmentos de DNA sintético. Eles então reprogramaram o vírus com novas capacidades, introduzindo mutações pontuais e inserções e deleções de DNA. Essas mudanças permitiram aos pesquisadores trocar os genes da fibra da cauda para alterar as bactérias que o fago pode infectar e adicionar marcadores fluorescentes que tornam as infecções visíveis em tempo real.
“Mesmo no melhor dos casos, o desenvolvimento de bacteriófagos tem sido extremamente demorado. Os pesquisadores passaram toda a sua carreira desenvolvendo processos para criar modelos específicos de bacteriófagos em hospedeiros bacterianos”, disse Andy Sikema, um dos autores do artigo e pesquisador do NEB. “Este método sintético oferece avanços tecnológicos em simplicidade, segurança e rapidez, abrindo caminho para a descoberta biológica e o desenvolvimento terapêutico”.
Criando fagos a partir de DNA digital
Com a plataforma Golden Gate Assembly do NEB, os cientistas podem montar um genoma inteiro de fago fora de uma célula usando DNA sintético, incorporando todas as alterações genéticas pretendidas durante a construção. Uma vez montado, o genoma é introduzido em uma cepa de laboratório segura, onde se torna um bacteriófago ativo.
Esta estratégia evita muitos obstáculos de longa data na investigação de fagos. As abordagens tradicionais dependem da manutenção de amostras físicas de fagos e do uso de hospedeiros bacterianos especializados, o que pode ser particularmente desafiador quando se trabalha com vírus que infectam patógenos humanos perigosos. O novo método também elimina a necessidade de repetidas rodadas de triagem ou edição genética passo a passo em células vivas.
Por que a Assembleia Golden Gate é importante
Ao contrário de outros métodos de montagem de DNA, que combinam menos fragmentos, mas mais longos, o Golden Gate Assembly usa segmentos mais curtos de DNA. Esses pedaços mais curtos são mais fáceis de produzir, menos tóxicos para as células hospedeiras e menos propensos a conter insetos. O método também funciona bem com genomas de fagos que contêm sequências repetitivas ou conteúdo extremo de GC, que muitas vezes complicam a montagem do DNA.
Ao simplificar o processo e expandir o que é tecnicamente possível, esta abordagem expande enormemente o potencial de desenvolvimento de bacteriófagos como terapias direcionadas contra infecções resistentes a antibióticos.
A colaboração transforma ferramentas em terapia
O desenvolvimento deste sistema de fagos sintéticos de engenharia rápida surgiu de uma estreita colaboração entre cientistas do NEB e pesquisadores de bacteriófagos da Universidade de Yale. Os pesquisadores do NEB passaram anos aperfeiçoando a montagem Golden Gate para que ela pudesse lidar de forma confiável com grandes alvos de DNA feitos de muitos fragmentos. Os investigadores de Yale reconheceram que estas ferramentas poderiam abrir novas possibilidades na biologia dos fagos e partiram para explorar aplicações mais ambiciosas.
Os cientistas do NEB otimizaram o método pela primeira vez usando um modelo de vírus bem estudado, Escherichia coli fago T7. A partir daí, as equipes conjuntas estenderam a técnica para fagos não-modelo visando algumas das bactérias mais resistentes a antibióticos conhecidas.
Pesquisa relacionada usando a mesma abordagem Golden Gate para criar alto conteúdo de GC micobactéria fagos foi publicado na PNAS em novembro de 2025 em colaboração com Hatfull Lab da Universidade de Pittsburgh e Ansa Biotechnologies. Em outro exemplo, pesquisadores da Universidade Cornell fizeram parceria com o NEB para criar fagos T7 sinteticamente projetados que funcionam como biossensores para detectar Escherichia coli na água potável, descrito em um estudo da ACS de dezembro de 2025.
“Meu laboratório cria ‘martelos estranhos’ e depois procura os pregos certos”, disse Greg Lohmann, investigador principal sênior do NEB e coautor do estudo. “Neste caso, a comunidade da fagoterapia nos disse: ‘Este é exatamente o martelo que estávamos esperando.’
