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O processo pelo qual os fagos — vírus que infectam e se replicam dentro de bactérias — entram nas células tem sido estudado por mais de 50 anos. Em um novo estudo, pesquisadores da University of Illinois Urbana-Champaign e da Texas A&M University usaram técnicas de ponta para observar esse processo no nível de uma única célula.
“O campo da biologia de fagos viu uma explosão na última década porque mais pesquisadores estão percebendo a importância dos fagos na ecologia, evolução e biotecnologia”, disse Ido Golding (CAIM/IGOH), professor de física. “Este trabalho é único porque observamos a infecção por fagos no nível de células bacterianas individuais.”
O processo de infecção por fago envolve a fixação do vírus à superfície de uma bactéria. Após isso, o vírus injeta seu material genético na célula. Após entrar, um fago pode forçar a célula a produzir mais fagos e eventualmente explodir, um processo chamado lise celular, ou o fago pode integrar seu genoma ao bacteriano e permanecer dormente, um processo chamado lisogenia. O resultado depende de quantos fagos estão infectando a célula simultaneamente. Um único fago causa lise, enquanto a infecção por múltiplos fagos resulta em lisogenia.
No estudo atual, os pesquisadores queriam perguntar se o número de fagos infectantes que se ligam à superfície bacteriana corresponde à quantidade de material genético viral que é injetado na célula. Para fazer isso, eles marcaram fluorescentemente tanto a casca proteica dos fagos quanto o material genético dentro. Eles então cultivaram Escherichia coliusaram diferentes concentrações de fagos infecciosos e rastrearam quantos deles foram capazes de injetar seu material genético E. coli.
“Sabemos desde os anos 70 que quando vários fagos infectam a mesma célula, isso impacta o resultado da infecção. Neste artigo, conseguimos fazer medições precisas, diferentemente de qualquer estudo feito até agora”, disse Golding.
Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que a entrada do material genético de um fago poderia ser impedida pelos outros fagos coinfectantes. Eles descobriram que quando havia mais fagos presos à superfície da célula, relativamente menos deles conseguiam entrar.
“Nossos dados mostram que o primeiro estágio da infecção, a entrada do fago, é um passo importante que antes era subestimado”, disse Golding. “Descobrimos que os fagos coinfectantes estavam impedindo a entrada uns dos outros ao perturbar a eletrofisiologia da célula.”
A camada mais externa das bactérias está constantemente lidando com o movimento de elétrons e íons que são cruciais para a geração de energia e transmissão de sinais para dentro e para fora da célula. Na última década, pesquisadores começaram a perceber a importância dessa eletrofisiologia em outros fenômenos bacterianos, incluindo resistência a antibióticos. Este artigo abre um novo caminho para a pesquisa em eletrofisiologia bacteriana — seu papel na biologia de fagos.
“Ao influenciar quantos fagos realmente entram, essas perturbações afetam a escolha entre lise e lisogenia. Nosso estudo também mostra que a entrada pode ser impactada por condições ambientais, como a concentração de vários íons”, disse Golding.
A equipe está interessada em melhorar suas técnicas para entender melhor os fundamentos moleculares da entrada de fagos.
“Embora a resolução de nossas técnicas fosse boa, o que estava acontecendo no nível molecular ainda era amplamente invisível para nós”, disse Golding. “Estamos pensando em usar o sistema Minflux no Carl R. Woese Institute for Genomic Biology. O plano é examinar o mesmo processo, mas aplicar um método experimental melhor. Esperamos que isso nos ajude a encontrar uma nova biologia.”
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