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A pesquisa liderada por uma equipe da Universidade de Maryland identificou a primeira via de sinalização entre espécies entre um parasita artrópode e o hospedeiro, onde moléculas no sangue de um animal hospedeiro desencadeiam a imunidade e o desenvolvimento de um parasita. O estudo mostrou que quando os carrapatos se alimentam do sangue de camundongos infectados com a bactéria Borrelia burgdorferi, que causa a doença de Lyme, uma proteína do sistema imunológico do camundongo se liga a receptores nas superfícies das células do carrapato e sinaliza para que os órgãos se desenvolvam mais rapidamente, produzindo uma resposta imune muito antes que a própria bactéria possa começar a infectar o carrapato.
O estudo, publicado em 13 de janeiro de 2023, na revista Ciência, identifica um alvo potencial para vacinas anticarrapatos ou terapêutica para prevenir a propagação de infecções como a doença de Lyme. As descobertas também fornecem novos insights importantes sobre a evolução das interdependências biomoleculares entre as espécies e destacam, pela primeira vez, a integração da imunidade e do desenvolvimento animal e a adaptabilidade de um antigo sistema ou via de sinalização celular que todas as células vegetais e animais usam. para sentir e responder ao seu ambiente.
“Essa flexibilidade adaptativa de uma via de sinalização celular conservada foi surpreendente”, disse Utpal Pal, autor sênior do estudo e professor do Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine em College Park. “É notável que esse caminho que está presente em tudo, desde esponjas até humanos, seja tão flexível que pode se adaptar para aceitar um ligante. [a binding molecule] de outra espécie distante. Essa ferramenta que todo mundo tem está sendo usada de uma forma que não imaginávamos.”
A descoberta sugere que outras vias de sinalização celular podem ter sido adaptadas para novos usos em outros organismos e aponta para uma nova área em imunologia e biologia molecular pronta para exploração futura.
Pal e seus colegas fizeram sua descoberta enquanto investigavam a imunidade do carrapato, que é uma área pouco compreendida da biologia do carrapato. Em seu estudo inicial, buscando entender como o sistema imunológico do carrapato reconhece o borrelia bactérias, os pesquisadores alimentaram os carrapatos com uma refeição de sangue de um borrelia– rato infectado ou um rato não infectado. Comparando os dois grupos, eles descobriram que a refeição de sangue infectado ativou uma proteína nos carrapatos que normalmente produz energia dentro das células. A proteína está associada a uma via de sinalização simples chamada JAK/STAT, que está presente em todos os organismos multicelulares.
Como em todas as vias de sinalização celular, uma molécula específica detecta algo no ambiente e então se liga a um receptor do lado de fora da parede celular. Isso desencadeia uma cascata de reações dentro da célula que liga ou desliga um gene específico e produz uma resposta a qualquer estímulo externo detectado.
Assumindo que JAK/STAT foi acionado pelo borrelia no sangue do camundongo infectado, os pesquisadores isolaram a bactéria e a injetaram diretamente nos carrapatos para ver quais moléculas estavam se ligando ao receptor JAK/STAT. Surpreendentemente, a bactéria não ativou JAK/STAT. Para descobrir o que aconteceu, os pesquisadores removeram o borrelia bactérias do sangue de camundongos infectados e alimentaram os carrapatos com o sangue “limpo”. O caminho JAK/STAT entrou em ação.
Os pesquisadores descobriram que uma proteína nos sistemas digestivos dos carrapatos estava servindo como receptor JAK/STAT e que havia evoluído para se ligar à proteína citocina interferon, que é produzida pelo sistema imunológico de mamíferos infectados com uma bactéria como borrelia.
Os pesquisadores também descobriram que o receptor JAK/STAT e a via são importantes para o desenvolvimento normal do carrapato, mesmo que a via não seja ativada por uma refeição de sangue infectada. Quando Pal e seus colegas derrubaram o gene expresso que produz o receptor para JAK/STAT, os carrapatos desenvolveram pernas, partes bucais e sistemas digestivos deformados, e foram incapazes de se alimentar e completar o ciclo de desenvolvimento para crescer ainda mais.
Esses resultados sugerem que em carrapatos, a via de sinalização JAK/STAT e o receptor de proteína evoluíram para integrar a imunidade com o desenvolvimento. As bactérias competem com os carrapatos por nutrientes no sangue de um hospedeiro infectado, portanto, quando um carrapato recebe o sinal de que uma refeição de sangue está infectada, crescer rapidamente é uma maneira de consumir esses nutrientes antes que a bactéria os pegue. Experimentos de laboratório concordam que os carrapatos se alimentam de borreliaO sangue de camundongos infectados desenvolveu-se muito mais rapidamente do que aqueles que se alimentaram de sangue de camundongos não infectados.
“Entender que esta via integra imunidade e desenvolvimento tem implicações importantes para estratégias potenciais para prevenir a transmissão de doenças transmitidas por carrapatos”, disse Pal. “Porque se você deletar o caminho, os carrapatos com peças bucais malformadas não podem se alimentar ou transmitir doenças. Mas o que também é realmente emocionante para mim é que vemos esse tipo de sistema de alerta precoce, onde o sistema imunológico do carrapato detecta indiretamente um patógeno usando um sistema imunológico resposta de seu hospedeiro ao invés do próprio patógeno, acelerando seu próprio desenvolvimento.”
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