- Os parasitas da malária estão cheios de pequenos cristais giratórios, um comportamento estranho que tem confundido os cientistas durante décadas.
- Os pesquisadores descobriram agora que os cristais são alimentados pela decomposição do peróxido de hidrogênio, uma reação semelhante à usada em motores de foguetes.
- Essa rotação constante ajuda os parasitas a sobreviver, removendo com segurança os peróxidos tóxicos e gerenciando compostos nocivos de ferro.
Impacto: Esta descoberta poderá abrir portas a novos tratamentos contra a malária e inspirar avanços na microrobótica.
Cristais giratórios dentro do parasita Plasmodium
Cada célula do parasita que causa a malária mortal Plasmodium falciparum Contém um pequeno compartimento cheio de minúsculos cristais de ferro. Enquanto o parasita está vivo, esses cristais estão em constante movimento. Eles giram, saltam e colidem em um espaço confinado como moedas soltas em uma máquina, movendo-se tão rápido e imprevisivelmente que as ferramentas científicas padrão têm dificuldade em rastreá-los. Porém, quando o parasita morre, o movimento para imediatamente.
Estes cristais de ferro têm sido um foco principal dos medicamentos antimaláricos, mas o seu movimento incomum tem confundido os cientistas desde que foram observados pela primeira vez. “As pessoas não falam sobre algo que não entendem e, como o movimento desses cristais é tão misterioso e bizarro, tem sido um ponto cego na parasitologia há décadas”, disse o Dr. Paul Sigala, professor associado de bioquímica na Escola de Medicina Spencer Fox Eccles da Universidade de Utah (SFESOM).
Agora, a equipe de Sigala descobriu o mecanismo por trás desse comportamento estranho. Os cristais são alimentados por reações químicas semelhantes à energia de um foguete.
A descoberta poderá fornecer novas estratégias para o tratamento da malária e fornecer informações sobre a concepção de sistemas robóticos em nanoescala. Os resultados da pesquisa foram publicados em Anais da Academia Nacional de Ciências.
Produtos químicos semelhantes a foguetes impulsionam o movimento do cristal
Os pesquisadores descobriram que os cristais são feitos de um composto contendo ferro chamado heme, que é ativado pela decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio. Esta reação libera energia, fornecendo a força necessária para manter o cristal em movimento.
Este tipo de propulsão é bem conhecido na engenharia aeroespacial, onde o peróxido de hidrogênio é utilizado como combustível para lançar espaçonaves, mas não havia sido identificado anteriormente em sistemas biológicos. “Esta decomposição do peróxido de hidrogênio tem sido usada para alimentar grandes foguetes”, disse a Dra. Erica Hastings, pesquisadora de pós-doutorado em bioquímica na SFESOM. “Mas não creio que isso tenha sido observado em sistemas biológicos.”
Os pequenos compartimentos que abrigam os cristais são ricos em peróxido de hidrogênio, que o parasita produz naturalmente como subproduto. Isso o torna um forte candidato como fonte potencial de energia. Experimentos confirmaram que o peróxido de hidrogênio por si só pode fazer com que cristais isolados girem, mesmo fora do parasita.
Quando os parasitas crescem em condições de baixo oxigênio, isso reduz a produção de peróxido de hidrogênio e, embora os parasitas permaneçam saudáveis, os cristais diminuem para cerca de metade de sua velocidade normal.
Por que o movimento do cristal ajuda os parasitas a sobreviver
Os pesquisadores acreditam que esse movimento constante pode desempenhar um papel fundamental na sobrevivência do parasita. Uma possível explicação envolve o próprio peróxido de hidrogênio, que é altamente tóxico. Os cristais rotativos ajudam os parasitas a quebrar com segurança o excesso de peróxido, reduzindo o risco de danos causados por reações químicas prejudiciais.
Sigala sugeriu outro benefício. Este movimento pode impedir que os cristais se colem, limitando a sua capacidade de armazenar heme extra. Se os cristais se aglomerarem, eles perderão a área de superfície necessária para processar com eficiência mais heme. Ao manter o movimento, o parasita poderá gerenciar esse processo com mais eficiência.
Impacto em novos medicamentos e nanotecnologia
Os pesquisadores dizem que esses cristais giratórios representam os primeiros exemplos conhecidos de nanopartículas metálicas autopropulsadas na biologia. Eles suspeitam que processos semelhantes possam ocorrer em outras partes da natureza.
Essas descobertas podem ajudar a orientar o desenvolvimento de microrrobôs avançados. “Partículas autopropelidas nanoengenhadas podem ser usadas em uma variedade de aplicações industriais e de distribuição de medicamentos, e acreditamos que esses resultados levarão a insights potenciais”, disse Sigala.
Existem também aplicações médicas potenciais. “Acreditamos que a decomposição do peróxido de hidrogênio pode dar uma contribuição importante para a redução do estresse celular”, disse Sigala. “Se houvesse uma maneira de interromper a reação química na superfície do cristal, só isso seria suficiente para matar o parasita”.
Por ser muito diferente daquele encontrado nas células humanas, esse mecanismo fornece um alvo atraente para novos tratamentos. Os medicamentos concebidos para interferir neste processo têm menos probabilidade de causar efeitos colaterais prejudiciais. “Se direcionarmos a droga para uma área muito diferente das células humanas, ela pode não ter efeitos colaterais extremos”, explica Hastings. “Se pudermos definir como esse parasita difere do nosso, isso poderá nos dar novas orientações sobre medicamentos”.
Os resultados foram publicados em Anais da Academia Nacional de Ciências “Avanços químicos no movimento do cristal de plasmódio em parasitas da malária”.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (números de concessão R35GM133764, R21AI185746, R35GM14749 e T32AI055434), pelo Centro de Utah para Doenças de Ferro e Heme (número de concessão U54DK110858), pela Universidade de Utah e pela Universidade de Utah. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente a opinião oficial dos Institutos Nacionais de Saúde.
