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Um estudo publicado em Imunidade pelo médico-cientista Read Pukkila-Worley, MD e alunos de MD/PhD Nicholas D. Peterson e Samantha Y. Tse descreve uma nova maneira de detectar infecção microbiana que intercepta sinais de crescimento derivados de patógenos para avaliar a ameaça relativa de bactérias virulentas. Um receptor de hormônio nuclear no nematóide C. elegans detecta um metabólito tóxico produzido pelo patógeno bacteriano Pseudomonas aeruginosa para ativar a imunidade inata. Esses dados revelam uma estratégia antiga que informa as origens da detecção de patógenos e pode estar entre as formas mais primordiais de detecção imune em animais.
“Nossa pesquisa aumenta nossa compreensão de como os hospedeiros diferenciam entre bactérias benéficas e prejudiciais, o que nos ensina algo importante sobre como nosso sistema imunológico evoluiu”, disse o Dr. Pukkila-Worley, professor associado de medicina.
Distinguir patógenos potencialmente nocivos de microrganismos benignos é uma das principais funções do sistema imunológico inato em todos os animais. Isto é particularmente importante para os nematóides, como C. elegans — o verme microscópico transparente frequentemente usado como organismo modelo para estudar a genética e a função dos genes – que consomem bactérias como fonte de alimento.
Trabalhando com Pseudomonas aeruginosa, uma bactéria que comumente infecta pacientes imunocomprometidos no hospital e é cada vez mais resistente a tratamentos antibióticos padrão, Pukkila-Worley e seus colegas realizaram uma série de triagens genéticas com bactérias mutantes, uma a uma, para ver se alguma afetava o sistema imunológico inato resposta do sistema em C. elegans.
Eles descobriram que as bactérias que não podem produzir um metabólito específico da fenazina foram capazes de evitar a detecção pelo sistema imunológico inato, sugerindo que o metabólito da fenazina bacteriana foi detectado para ativar a imunidade inata.
“Este resultado foi intrigante porque P. aeruginosa usam fenazinas para crescimento e virulência. Assim, o sistema imunológico inato pode interceptar sinais produzidos por bactérias para identificar bactérias que cresceram a níveis perigosos e estão prestes a causar doenças”, disse Pukkila-Worley.
Pesquisadores do laboratório Pukkila-Worley projetaram um segundo experimento para identificar o sensor no hospedeiro que detecta esses metabólitos de fenazina. Eles descobriram que um tipo especializado de fator de transcrição, um receptor hormonal nuclear, se liga ao metabólito da fenazina e ativa diretamente as defesas antipatógenos.
“Uma das coisas impressionantes sobre nossos resultados é que C. elegans detecta esse metabólito bacteriano para detectar um patógeno bacteriano individual de uma maneira notavelmente específica entre seus alimentos bacterianos”, disse Peterson, um estudante de MD/PhD no laboratório Pukkila-Worley.
Em humanos, os sistemas de reconhecimento de padrões no intestino envolvendo receptores do tipo Toll escaneiam a estrutura física de diferentes bactérias para detectar a presença de microorganismos infecciosos. Nematóides perderam receptores de reconhecimento de padrões na evolução. Pukkila-Worley e colegas mostram que os nematóides usam receptores hormonais nucleares para detectar metabólitos derivados de patógenos específicos para ativar a imunidade inata, o que representa um novo tipo de reconhecimento de padrão.
Desde C. elegans têm 274 receptores hormonais nucleares, é possível que o genoma do nematoide contenha dezenas desses sistemas de reconhecimento de metabólitos. Receptores de hormônios nucleares também são encontrados na maioria dos animais, incluindo humanos, sugerindo que sistemas de detecção de metabólitos semelhantes podem existir em outros organismos.
“É notável que C. elegans mecanismos evoluídos para diferenciar bactérias boas e ruins, mesmo sem receptores canônicos para detecção de patógenos. Isso apóia ainda mais a importância de entender como nosso sistema imunológico evoluiu ao longo do tempo para aprofundar nossa compreensão das interações hospedeiro-microbioma”, disse Tse, estudante de MD/PhD no laboratório Pukkila-Worley.
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