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Novas pesquisas de cientistas da Rice University estão lançando luz sobre como os vírus garantem sua sobrevivência ao cronometrar precisamente a liberação de novos vírus. A descoberta oferece uma nova estrutura teórica para entender esses fenômenos biológicos dinâmicos.
A pesquisa, publicada no Revista Biofísica em 18 de julho, também revela como certos processos biológicos alcançam uma precisão notável apesar de dependerem de eventos aleatórios.
“Nossas descobertas fornecem insights sobre mecanismos cruciais para a vida, desde bactérias até humanos”, disse Anatoly Kolomeisky, professor de química, engenharia química e biomolecular e coautor do estudo.
Um foco importante para a equipe de pesquisa foi a lise celular, o processo pelo qual os vírus fazem com que as células bacterianas se abram no momento certo para liberar novos vírus. Esse momento preciso, essencial para a replicação viral, tem intrigado os cientistas por anos.
A equipe de pesquisa levantou a hipótese de que essa precisão resulta da interação entre dois processos aleatórios: o acúmulo de proteínas holina, ou pequenas proteínas de membrana codificadas por fagos que permeabilizam a membrana do hospedeiro em um momento programado, e a quebra da membrana celular.
Os pesquisadores propuseram que o acoplamento determinado aleatoriamente entre esses processos biofísicos e bioquímicos leva ao cancelamento de ruído, permitindo um tempo preciso.
Para testar sua hipótese, os pesquisadores desenvolveram um modelo matemático para analisar a dinâmica das proteínas holina. Eles compararam seus cálculos com dados experimentais de vírus normais e mutantes, examinando como essas proteínas se acumulam e desencadeiam a explosão celular.
A análise deles revelou que o timing preciso é alcançado maximizando o número de proteínas holinas na membrana, mantendo uma distribuição estreita. Esse equilíbrio garante que a lise celular ocorra no momento ideal, apesar da aleatoriedade subjacente dos processos envolvidos.
“Estudos anteriores não haviam explorado essa interação específica entre o acúmulo de proteínas e a explosão celular, o que torna as descobertas da equipe particularmente significativas”, disse Kolomeisky.
As previsões teóricas dos pesquisadores se alinharam de perto com observações experimentais para vírus selvagens e mutantes. Eles descobriram que os vírus selvagens alcançam um tempo preciso ao equilibrar a entrada e a saída de proteínas holina na membrana, enquanto os vírus mutantes falham em manter esse equilíbrio.
A pesquisa também destaca como os sistemas biológicos podem atingir resultados precisos por meio de processos aparentemente caóticos, e fornece insights mais amplos sobre como outros processos biológicos podem ser controlados. Ao entender esses mecanismos de tempo, os cientistas podem aprender mais sobre processos vitais fundamentais e desenvolver maneiras inovadoras de combater infecções bacterianas.
A pesquisa também destaca o equilíbrio complexo que a natureza pode alcançar, garantindo que processos vitais ocorram com precisão notável, mesmo quando influenciados por processos aleatórios, disse Anupam Mondal, coautor do artigo e pesquisador de pós-doutorado no Centro de Física Biológica Teórica (CTBP).
“O trabalho da equipe é um passo para entender melhor os mecanismos detalhados da lise celular, revelando que a precisão da natureza muitas vezes emerge da interação entre aleatoriedade e regulação”, disse Mondal.
O estudo foi apoiado pela Fundação Welch, Institutos Nacionais de Saúde, Fundação Nacional de Ciências e CTBP.
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