Os cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias partilham genes, incluindo aqueles que contribuem para a resistência aos antibióticos (RAM), uma ameaça crescente à saúde global. As descobertas vêm de pesquisadores do Centro John Innis, que estudaram partículas incomuns conhecidas como agentes de transferência de genes (GTAs).
Os GTAs são semelhantes aos bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores prejudiciais. Em vez disso, eles se originam de vírus antigos que as bactérias adaptaram e colocaram sob seu controle.
Partículas semelhantes a vírus transportam DNA entre as células
Essas partículas agem como pequenos veículos de entrega. Eles pegam pedaços de DNA de uma célula bacteriana e os transportam para outras células bacterianas próximas. Este processo, denominado transferência horizontal de genes, permite que as bactérias compartilhem rapidamente características úteis, incluindo genes que as ajudam a sobreviver aos tratamentos com antibióticos.
Uma etapa fundamental neste processo é a lise da célula hospedeira, a abertura da célula bacteriana, liberando assim as partículas GTA. Até agora, os cientistas não compreenderam completamente como estas partículas escapam das células hospedeiras.
Cluster genético chave que controla a lise celular
Num estudo publicado em microbiologia naturala equipe usou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para encontrar genes envolvidos na atividade do GTA em bactérias modelo Caulobacter crescente.
Eles descobriram um sistema de três genes chamado LypABC que produz proteínas bacterianas. Quando o gene lypABC é removido, as células não podem mais se romper para liberar partículas GTA. Quando o sistema é superativado, muitas células sofrem lise. Estes resultados sugerem que o LypABC serve como um centro de controle central para este processo.
Reaproveitando o sistema imunológico para engenharia genética
Uma das descobertas mais surpreendentes foi que o LypABC é muito semelhante ao sistema imunológico bacteriano antifago. Contém componentes proteicos normalmente associados à defesa contra vírus. Neste caso, contudo, o sistema parece ter sido reaproveitado para ajudar a libertar partículas GTA e facilitar a transferência de genes.
O trabalho, realizado em colaboração com a Universidade de York e o Instituto Rowland da Universidade de Harvard, destaca como as bactérias podem reutilizar sistemas biológicos existentes de maneiras inesperadas.
Regulamentação rigorosa é essencial para a sobrevivência
Os pesquisadores também descobriram uma proteína reguladora que ajuda a controlar rigorosamente a atividade do GTA. Esta regulação é crítica porque a ativação inadequada do LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar a flexibilidade do sistema bacteriano, 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 no combate à resistência aos antibióticos
Emma Banks, primeira autora do estudo e investigadora da Royal 1851 Exhibition Commission, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunitário, mas as bactérias utilizam-no para libertar partículas GTA. Isto sugere que o sistema imunitário pode ser reaproveitado para ajudar as bactérias a partilhar ADN entre si, um processo que pode contribuir para a propagação 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 pesquisa fornece novas pistas importantes sobre como as bactérias trocam genes de inimigos para aliados, incluindo genes associados à resistência antimicrobiana (RAM).
Os investigadores do Centro John Innes chegaram a estas conclusões enquanto investigavam o estranho fenómeno dos agentes de transferência de genes (GTA), expandindo a nossa compreensão da resistência antimicrobiana como uma grande ameaça à saúde global.
Essas partículas portadoras de genes parecem bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas são domesticadas a partir de vírus antigos e exercem efeitos benéficos sob o controle de células hospedeiras bacterianas.
Como mensageiros, eles entregam pacotes de DNA bacteriano hospedeiro às bactérias vizinhas. Esta partilha “altruísta”, conhecida como transferência horizontal de genes, pode disseminar rapidamente características úteis, incluindo genes que conferem resistência a antibióticos utilizados para tratar infecções.
Um estágio crítico na vida do GTA é a lise da célula hospedeira: a célula hospedeira se decompõe, liberando partículas de GTA cheias de DNA. Anteriormente, não estava claro como as partículas GTA escapam às células bacterianas hospedeiras.
Neste estudo, parece microbiologia natural, A equipe usou uma abordagem de triagem baseada em sequenciamento profundo para identificar genes críticos 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 são eliminados, as bactérias já não são capazes de se clivar para libertar partículas GTA. Em contraste, ao superexpressar o hub lypABC, obtiveram uma proporção muito elevada de células lisadas. Em conjunto, estas experiências identificam o LypABC como um mecanismo de controlo para a lise celular mediada por GTA.
Surpreendentemente, o LypABC se assemelha ao sistema imunológico antifágico bacteriano, pois contém domínios proteicos normalmente necessários para a defesa contra vírus. No entanto, uma colaboração entre o John Innes Center, a Universidade de York e o Rowland Institute da Universidade de Harvard mostra que foi reaproveitado para libertar partículas GTA para transferência de genes.
Eles também identificaram proteínas reguladoras necessárias para um controle rígido da ativação do GTA e da clivagem mediada pelo GTA. Este controle é importante porque a regulação incorreta do LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Este estudo destaca a plasticidade dos domínios bacterianos, avança o conhecimento básico de como ocorre a transferência de genes entre células bacterianas e fornece pistas importantes para a compreensão de como ocorre a RAM.
Emma Banks, primeira autora do estudo e investigadora da Royal 1851 Exhibition Commission, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunitário, mas as bactérias utilizam-no para libertar partículas GTA. Isto sugere que o sistema imunitário pode ser reaproveitado para ajudar as bactérias a partilhar ADN entre si, um processo que pode contribuir para a propagação da resistência aos antibióticos”.
O próximo passo da pesquisa é descobrir 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.
“O sistema imunológico bacteriano semelhante ao CARD-NLR controla a liberação de agentes de transferência de genes”, aparece em Microbiologia da Natureza.
