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A segregação precisa do DNA e a herança fiel dos plasmídeos são etapas cruciais na divisão celular bacteriana. Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Seán Murray no Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre desenvolveu uma simulação computacional que explica um mecanismo chave da segregação do DNA. Suas descobertas abrem caminho para testes experimentais e revelam princípios bioquímicos fundamentais relevantes para a biologia sintética e aplicações médicas.
A herança fiel do material genético para a próxima geração é um processo fundamental subjacente a todas as formas de vida. Central para este processo é a transmissão precisa de material genético copiado durante a divisão celular. Uma equipe de pesquisa liderada por Seán Murray no Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre desenvolveu com sucesso uma simulação computacional para esse processo central. Ao contrário das técnicas experimentais, muitas vezes limitadas por sua resolução, a modelagem estocástica permite desvendar os processos subjacentes à segregação do DNA e entender a estrutura fina das proteínas envolvidas.
Uma parte essencial desse processo, em muitas bactérias, é a formação de um grande complexo macromolecular chamado complexo de partição, que é formado como parte do sistema ParABS. Aqui, a proteína ParB opera movendo o DNA através da interação com o ParA-ATP ligado ao DNA, permitindo assim a separação ativa do DNA. Para seu correto funcionamento requer interações precisas entre suas subpartes protéicas e o DNA.
Princípio “deslizamento e ponte”
Apesar de sua importância, tanto a estrutura dos complexos proteicos quanto os mecanismos por trás de sua montagem permaneceram indefinidos. Com base em descobertas recentes, a equipe de pesquisa desenvolveu um modelo que mostra que os dímeros de DNA e ParB podem seguir um princípio de “deslizamento e ponte”.
A estudante de pós-graduação Lara Connolley, primeira autora do estudo, enfocou o processo de carregamento de dímeros ParB no DNA, que ocorre em regiões específicas conhecidas como sítios parS. “De acordo com nosso modelo estocástico, os dímeros de ParB se ligam ao DNA em locais de parS formando um grampo de proteína e depois deslizam ao longo da fita de DNA, como contas em uma corrente. Também prevemos que pontes de vida curta organizam o DNA em grampos e helicoidais estruturas para condensar o DNA. Além disso, essas pontes não interferem no deslizamento”, explica Lara Connolley. O líder do grupo de pesquisa, Seán Murray, acrescenta: “As interações entre os dímeros levam à flexão do DNA e à formação de uma variedade de estruturas. Pesquisas adicionais sobre essas variações estruturais podem ser a chave para entender o papel do ParB em diferentes contextos biológicos”. O estudo abre as portas para mais pesquisas e experimentos para aproveitar as descobertas.
O próximo passo é realizar experimentos para testar e validar as previsões do modelo com mais detalhes. Além disso, estudos em diferentes espécies bacterianas ajudariam a entender melhor a diversidade presente na estrutura do complexo de partição. “Nosso estudo fornece uma visão mais profunda do mundo da segregação de DNA e tem relevância potencial para muitas espécies bacterianas diferentes, bem como para plasmídeos com baixo número de cópias, que também são segregados pelo sistema ParABS”, disse o cientista da Max Planck, Seán Murray. “Os genes de resistência a antibióticos estão localizados nesses plasmídeos. Portanto, além de serem importantes como pesquisa básica, esses resultados também podem ser importantes para a saúde pública.”
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