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Os vírus, como os vilões dos filmes, operam de duas maneiras: resfriar ou matar.
Eles podem ficar escondidos, infiltrando-se silenciosamente nas defesas do corpo, ou partir para o ataque, saindo do esconderijo e atirando em todas as direções. Os ataques virais são quase sempre missões suicidas, destruindo a célula da qual o vírus depende. O ataque só pode ter sucesso se outras células saudáveis estiverem por perto para infectar. Se a barragem de partículas virais não atingir nada, o vírus não pode se sustentar. Ele não morre, pois os vírus não estão tecnicamente vivos, mas deixa de funcionar.
Portanto, para um vírus, o principal desafio é decidir quando passar do modo de relaxamento para o modo de eliminação.
Quatro anos atrás, a bióloga Bonnie Bassler, de Princeton, e seu então aluno de pós-graduação Justin Silpe descobriram que um vírus tem uma vantagem fundamental: ele pode escutar a comunicação entre bactérias. Especificamente, ele escuta o “Temos um quórum!” substância química que as células bacterianas liberam quando atingem um número crítico para seus próprios propósitos. (A descoberta original desse processo de comunicação bacteriana, chamado de detecção de quorum, rendeu uma série de prêmios a Bassler e seus colegas.)
Agora Bassler, Silpe e seus colegas de pesquisa descobriram que dezenas de vírus respondem à detecção de quorum ou outros sinais químicos de bactérias. Seu trabalho aparece na edição atual da Natureza.
“O mundo está cheio de vírus que podem vigiar as informações apropriadas do hospedeiro”, disse Bassler, professor Squibb de Biologia Molecular de Princeton e presidente do departamento de biologia molecular. “Não sabemos quais são todos os estímulos, mas mostramos neste artigo que esse é um mecanismo comum”.
Eles não apenas demonstraram a abundância da estratégia, mas também descobriram ferramentas que a controlam e enviam sinais que dizem aos vírus para passar do modo frio para o modo de matar.
O tipo de vírus que ataca as células bacterianas, conhecido como bacteriófagos – ou fagos para abreviar – pousa na superfície de uma célula bacteriana e entrega seus genes na célula. Mais de um tipo de fago pode infectar uma bactéria ao mesmo tempo, desde que todos estejam no modo de resfriamento, que os biólogos chamam de lisogenia. Quando envolve vários fagos resfriando em uma única bactéria, é chamado de polilisogenia.
Na polilisogenia, os fagos podem coexistir, permitindo que a célula se copie repetidas vezes, como fazem as células saudáveis, com o DNA ou RNA viral escondido dentro do próprio da bactéria, replicando junto com as células.
Mas os fagos infiltrados não são exatamente pacíficos; é mais como uma destruição mutuamente assegurada. E a tênue distensão dura apenas até que algo acione um ou mais dos fagos para mudar para o modo de matar.
Os cientistas que estudam a guerra de fagos sabem há muito tempo que uma grande interrupção no sistema – como radiação UV em altas doses, produtos químicos cancerígenos ou até mesmo algumas drogas quimioterápicas – pode colocar todos os fagos residentes no modo de matar.
Nesse ponto, pensaram os cientistas, os fagos começam a correr atrás dos recursos da bactéria, e o fago que for mais rápido vencerá, disparando suas próprias partículas virais.
Mas não foi isso que a equipe de Bassler descobriu.
Grace Johnson, pesquisadora associada de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Bassler, usou imagens de alta resolução para observar células bacterianas individuais que foram infectadas com dois fagos enquanto ela as inundava com um desses sinais universais de morte.
Ambos os fagos entraram em ação, destruindo a célula hospedeira. Para ver o resultado, Johnson “pintou” os genes de cada fago com marcadores fluorescentes especiais que se iluminam em cores diferentes, dependendo de qual fago estava se replicando.
Quando eles acenderam, ela ficou chocada ao ver que não havia um vencedor claro. Não foi sequer um empate entre os dois. Em vez disso, ela viu que algumas bactérias brilhavam com uma cor, outras com a segunda cor e outras ainda eram uma mistura – produzindo simultaneamente os dois fagos ao mesmo tempo.
“Ninguém jamais imaginou que haveria três subpopulações”, disse Bassler.
“Foi um dia realmente emocionante”, disse Johnson. “Eu pude ver as diferentes células realizando todas as combinações possíveis de produção de fagos – induzindo um dos fagos, induzindo outro, induzindo ambos. E algumas das células não estavam induzindo nenhum dos fagos.”
Outro desafio foi encontrar uma maneira de acionar apenas um dos dois fagos por vez.
Silpe, que voltou ao laboratório de Bassler como pesquisador associado de pós-doutorado após realizar estudos de pós-doutorado em Harvard, assumiu a liderança na descoberta dos gatilhos. Embora a equipe ainda não saiba a quais sinais esses fagos respondem na natureza, Silpe projetou um gatilho químico artificial específico para cada fago. Grace Beggs, outra pós-doutoranda do grupo Bassler, foi fundamental nas análises moleculares dos sistemas artificiais.
Quando Silpe expôs as células polilisogênicas à sua deixa, apenas o fago que respondeu ao seu gatilho artificial foi replicado, e em todas as células. O outro fago permaneceu totalmente em modo de resfriamento.
“Eu não pensei que iria funcionar”, disse ele. “Eu esperava que, como minha estratégia não imitava o processo autêntico encontrado na natureza, ambos os fagos se replicariam. Foi uma surpresa vermos apenas um fago. Ninguém nunca havia feito isso antes, que eu saiba.”
“Acho que ninguém sequer pensou em fazer uma pergunta sobre como a guerra fago-fago se desenrola em uma única célula porque eles não achavam que poderiam, até Grace J. e Justin fazerem seu experimento”, disse Bassler. “As bactérias são realmente minúsculas. É difícil imaginar até mesmo bactérias individuais, e é realmente, realmente difícil imaginar genes de fagos dentro de bactérias. Estamos falando de menor do que pequeno.”
Johnson estava adaptando a plataforma de imagem – hibridização in situ fluorescente, geralmente chamada de FISH – para outro projeto de detecção de quorum envolvendo biofilmes, mas quando ela ouviu Silpe compartilhar sua pesquisa em uma reunião de grupo, ela percebeu que o FISH poderia revelar o que estava acontecendo. esse ponto eram segredos intratáveis sobre seus fagos bisbilhoteiros.
A maioria das bactérias do mundo tem mais de um fago resfriando dentro delas, “mas ninguém foi capaz de manipulá-las e imaginá-las como essas duas fizeram”, disse Bassler. “A estratégia astuta em que eles poderiam induzir um fago, o outro fago ou ambos os fagos sob demanda – esse foi o golpe de Justin e, em seguida, ser capaz de realmente ver isso acontecendo em uma única célula? Isso também nunca foi feito. Isso foi Grace J. Podemos ver a guerra dos fagos no nível de uma única célula.”
Quase todos os genes nos genomas virais permanecem misteriosos, acrescentou Bassler. Simplesmente não sabemos o que a maioria dos genes virais faz.
“Sim, aqui, descobrimos as funções de alguns genes de fago, e mostramos que suas funções são habilitar essa mudança completamente inesperada de chill-kill e que a mudança determina qual fago vence durante a guerra fago-fago. Essa descoberta sugere que ainda restam processos potencialmente ainda mais emocionantes a serem descobertos”, disse ela. “Os fagos começaram a era da biologia molecular há 70 anos e estão voltando à moda tanto como terapias quanto como um repositório incrível de truques moleculares que foram implantados ao longo do tempo evolucionário. É um tesouro e quase completamente inexplorado. “
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