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Muitos organismos reagem ao cheiro de patógenos mortais evitando-os reflexivamente. Mas um estudo recente da Universidade da Califórnia, Berkeley, mostra que o nematoide C. elegans também reage ao odor de bactérias patogênicas, preparando suas células intestinais para resistir a um possível ataque.
Assim como acontece com os humanos, os intestinos dos nematoides são um alvo comum de bactérias causadoras de doenças. O nematoide reage destruindo organelas contendo ferro chamadas mitocôndrias, que produzem a energia de uma célula, para proteger esse elemento crítico de bactérias que roubam ferro. O ferro é um catalisador essencial em muitas reações enzimáticas nas células — em particular, a geração da moeda energética do corpo, ATP (adenosina trifosfato).
A presença em C. elegans dessa resposta protetora aos odores produzidos por micróbios sugere que as células intestinais de outros organismos, incluindo mamíferos, também podem reter a capacidade de responder protetoramente ao cheiro de patógenos, disse o autor sênior do estudo, Andrew Dillin, professor de biologia molecular e celular da UC Berkeley e pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes (HHMI).
“Existe realmente um cheiro vindo de patógenos que podemos captar e nos ajudar a combater uma infecção?” ele disse. “Tentamos mostrar isso em camundongos. Se pudermos realmente descobrir que os humanos sentem o cheiro de um patógeno e subsequentemente se protegem, você pode imaginar no futuro algo como um perfume protetor de patógenos.”
Até agora, porém, só há evidências dessa resposta em C. elegans. No entanto, a nova descoberta é uma surpresa, considerando que o nematoide é um dos organismos mais estudados em laboratório. Biólogos contaram e rastrearam cada célula do organismo, do embrião até a morte.
“A novidade é que C. elegans está se preparando para um patógeno antes mesmo de encontrá-lo”, disse Julian Dishart, que recentemente recebeu seu Ph.D. da UC Berkeley e é o primeiro autor do estudo. “Há também evidências de que provavelmente há muito mais acontecendo além dessa resposta mitocondrial, que pode haver mais uma resposta imunológica generalizada apenas pelo cheiro de odores bacterianos. Como o olfato é conservado em animais, em termos de regulação da fisiologia e do metabolismo, acho que é totalmente possível que o cheiro esteja fazendo algo semelhante em mamíferos como está fazendo em C. elegans.”
O trabalho foi publicado em 21 de junho na revista Avanços da Ciência.
As mitocôndrias comunicam-se entre si
Dillin é um pioneiro no estudo de como o estresse no sistema nervoso desencadeia respostas protetoras nas células — em particular, a ativação de um conjunto de genes que estabilizam proteínas feitas no retículo endoplasmático. Essa ativação, a chamada resposta de proteína desdobrada (UPR), é “como um kit de primeiros socorros para as mitocôndrias”, ele disse.
As mitocôndrias não são apenas as usinas de energia da célula, queimando nutrientes para obter energia, mas também desempenham um papel fundamental na sinalização, na morte celular e no crescimento.
Dillin demonstrou que erros na rede UPR podem levar a doenças e envelhecimento, e que o estresse mitocondrial em uma célula é comunicado às mitocôndrias das células por todo o corpo.
Uma peça-chave do quebra-cabeça estava faltando, no entanto. Se o sistema nervoso pode comunicar estresse por meio de uma rede de neurônios para as células que fazem o trabalho diário de construção de proteínas e metabolismo, o que no ambiente aciona o sistema nervoso?
“Nosso sistema nervoso evoluiu para captar sinais do ambiente e criar homeostase para todo o organismo”, disse Dillin. “Julian realmente descobriu que os neurônios olfativos estão captando sinais ambientais e quais tipos de odorantes dos patógenos ativam essa resposta.”
Trabalhos anteriores no laboratório de Dillin mostraram a importância do olfato no metabolismo dos mamíferos. Quando os camundongos são privados do olfato, ele descobriu, eles ganham menos peso enquanto comem a mesma quantidade de comida que os camundongos normais. Dillin e Dishart suspeitam que o cheiro da comida pode desencadear uma resposta protetora, como a resposta a patógenos, a fim de preparar o intestino para os efeitos prejudiciais da ingestão de substâncias estranhas e converter esse alimento em combustível.
“Sobreviver a infecções foi a coisa mais importante que fizemos evolutivamente”, disse Dillin. “E a coisa mais arriscada e desgastante que fazemos todos os dias é comer, porque os patógenos estarão em nossa comida.”
“Quando você come comida, também é incrivelmente estressante, porque o corpo está metabolizando a comida, mas também gerando ATP nas mitocôndrias a partir dos nutrientes que elas estão incorporando. E essa geração de ATP causa um subproduto chamado espécies reativas de oxigênio, que é muito prejudicial às células”, disse Dishart. “As células têm que lidar com essa existência aumentada de espécies reativas de oxigênio. Então, talvez cheirar comida possa nos preparar para lidar com essa carga aumentada de espécies reativas de oxigênio.”
Dillin especula ainda que a sensibilidade das mitocôndrias ao cheiro de bactérias patogênicas pode ser um resquício de uma era em que as mitocôndrias eram bactérias de vida livre, antes de serem incorporadas a outras células como usinas de energia para se tornarem eucariotos há cerca de 2 bilhões de anos. Os eucariotos eventualmente evoluíram para organismos multicelulares com órgãos diferenciados — os chamados metazoários, como animais e humanos.
“Há muitas evidências de que as bactérias sentem seu ambiente de alguma forma, embora nem sempre esteja claro como elas o fazem. Essas mitocôndrias retiveram um aspecto disso depois de serem subsumidas em metazoários”, disse ele.
Em seus experimentos com C. elegansDishart descobriu que o cheiro de patógenos desencadeia uma resposta inibitória, que libera um sinal para o resto do corpo. Isso ficou claro quando ele ablacionou neurônios olfativos no verme e descobriu que todas as células periféricas, mas principalmente as células intestinais, mostraram a resposta de estresse típica de mitocôndrias que estão sendo ameaçadas. Este estudo e outros também mostraram que a serotonina é um neurotransmissor essencial que comunica essas informações por todo o corpo.
Dillin e seus colegas de laboratório estão rastreando os circuitos neurais que levam dos neurônios olfativos às células periféricas e os neurotransmissores envolvidos ao longo do caminho. E ele está procurando por uma resposta semelhante em camundongos.
“Eu sempre odeio quando fico doente. Eu fico tipo, ‘Corpo, por que você não se preparou melhor para isso?’ Parece realmente estúpido que você ative mecanismos de resposta somente quando estiver infectado”, disse Dillin. “Se houver mecanismos de detecção precoce para aumentar nossas chances de sobrevivência, acho que é uma grande vitória evolucionária. E se pudéssemos aproveitar isso biomedicamente, seria bem louco.”
Outros autores do artigo da UC Berkeley são Corinne Pender, Koning Shen, Hanlin Zhang, Megan Ly e Madison Webb. O trabalho é apoiado pelo HHMI e pelo National Institutes of Health (R01ES021667, F32AG065381, K99AG071935).
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