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No que eles rotularam como uma descoberta “surpreendente”, pesquisadores da Johns Hopkins Medicine que estudam bactérias de lagos de água doce e solo dizem que determinaram o papel essencial de uma proteína na manutenção da forma do germe. Como a integridade do “envelope” ou invólucro de uma célula bacteriana é essencial para sua sobrevivência, a descoberta pode avançar a busca por novos e melhores antibióticos.
A pesquisa, descrita em 15 de agosto na revista mBiosugere que a perda de uma proteína chamada OpgH em uma bactéria amplamente estudada conhecida como Caulobacter crescentus cria uma cascata de atividade que rompe o envelope celular em forma de bolha que protege a bactéria, resultando na morte da célula. OpgH é uma enzima que cria moléculas contendo glicose conhecidas como glucanos periplásmicos osmorregulados, ou OPGs, que preenchem os espaços gelatinosos intermediários do envelope celular protetor.
“Em nossos experimentos, quando nos livramos da proteína OpgH em Caulobacter bactérias, que interrompem a produção de moléculas de açúcar OPG, as bactérias não conseguem sobreviver”, diz a autora sênior do estudo, Erin Goley, Ph.D., professora de bioquímica na Faculdade de Medicina da Universidade Johns Hopkins.
Enquanto Caulobacter crescentus As bactérias em si geralmente não são consideradas causadoras de doenças. As OPGs encontradas abundantemente em bactérias gram-negativas — bactérias em uma membrana fechada semelhante a uma concha — desempenham um papel na resistência a antibióticos e nas consequências de doenças.
Como resultado, os esforços para compreender melhor o papel das moléculas de açúcar nas bactérias gram-negativas, incluindo Caulobactersão vistos como uma forma de auxiliar no desenvolvimento de novos medicamentos que têm como alvo bactérias causadoras de doenças que possuem OPGs, incluindo Brucela, Pseudomonas, Salmonela e E.coli.
Se for verdade que as proteínas que produzem ou modificam essas moléculas de açúcar são essenciais para a sobrevivência bacteriana, observa Goley, elas podem ser bons alvos de medicamentos para os próprios antibióticos. Ou, em organismos onde OPGs não são essenciais, um medicamento que tenha como alvo alguma parte da via OPG pode sensibilizar as células aos antibióticos existentes, diz ela.
Neste estudo, os cientistas usaram uma ferramenta molecular chamada promotor induzível, diminuindo a presença da proteína OpgH em Caulobacter para observar os efeitos no formato da célula bacteriana e como a perda da proteína OpgH afeta uma via de sinalização conhecida como CenKR, que identifica e repara problemas no envelope celular. Eles também manipularam a célula para produzir muito da proteína CenR, hiperativando assim a via CenKR responsável por regular o formato do envelope celular.
Após aumentar ou diminuir as proteínas OpgH ou CenR, os cientistas colocaram as células bacterianas em uma almofada de gel que as impedia de se mover. Então, os pesquisadores usaram um microscópio especializado para observar suas formas e atividades.
“Descobrimos que elas ficaram deformadas quando reduzimos a proteína OpgH e interrompemos a produção de moléculas de açúcar OPG, ou hiperativamos a via de sinalização CenKR que mantém o envelope celular”, diz Goley.
“Então também observamos onde alguns dos participantes moleculares que ajudaram a desenvolver a célula e a manter o formato da célula estavam localizados”, ela diz. “Os participantes moleculares não estavam nos locais corretos, sugerindo que OpgH e CenR são integrais para manter o formato da célula.”
Quando o envelope celular perde sua forma, todas as bactérias eventualmente se rompem e morrem, diz Goley.
“Estabelecemos um modelo de como a redução de OPGs ou a ativação da via de sinalização afeta o formato e o crescimento das células”, diz Goley.
Ao caracterizar o papel da molécula de açúcar em Caulobacter a estrutura celular é um primeiro passo importante, Goley alertou que “levará algum tempo para desenvolver uma imagem completa sobre como elas funcionam em espécies de bactérias gram-negativas”.
Em Caulobacteras moléculas de açúcar assemelham-se a anéis fechados e, em E. Colielas parecem árvores, com galhos saindo de estruturas encadeadas. Entender seu formato e todas as decorações que se associam às moléculas pode ajudar os pesquisadores a caracterizar o envelope celular, ela diz.
“Na próxima fase da pesquisa, esperamos investigar todas as enzimas que produzem, decoram e quebram essas moléculas — para que possamos ter uma visão completa do seu metabolismo e de como elas mantêm o envelope celular”, diz Goley. “Quando descobrirmos como essas enzimas funcionam, isso será ótimo, porque essas são coisas que os medicamentos podem atingir.”
Outros cientistas que contribuíram para esta pesquisa incluem as coautoras Allison Daitch e Erika Smith, ambas recém-graduadas em doutorado no laboratório de Goley na Johns Hopkins Medicine e agora na Autoridade de Pesquisa e Desenvolvimento Biomédico Avançado do Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos EUA e do Instituto Nacional de Saúde, respectivamente.
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (R35GM136221, T32GM007445).
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