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Biólogos descobrem sistemas de injeção molecular semelhantes a lanças em dois tipos de bactérias e descrevem sua estrutura pela primeira vez

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

terça-feira, 8 março 2022 11:00

Áreas

Bacteriologia. Biologia. Biomedicina. Bioquímica. Biotecnologia. Microbiologia.

Muitas bactérias possuem dispositivos sofisticados de injeção molecular que são usados ​​para realizar tarefas incríveis. Por exemplo, uma bactéria inocula certas moléculas em uma larva de verme por meio de uma nanomáquina composta de proteínas, que desencadeia a transformação da larva em um verme adulto. Outras bactérias usam essas armas moleculares para matar cepas estranhas de bactérias ou larvas de insetos, ou se defendem contra células necrófagas.

Pesquisadores do grupo do Dr. Martin Pilhofer, professor do Instituto de Biologia Molecular e Biofísica do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), especializados nessas máquinas de injeção molecular, acabam de descrever dois novos sistemas de injeção na revista científica Nature Microbiology: um feito por cianobactérias e um pela bactéria marinha Algoriphagus machipongonensis.

Os recém-descobertos sistemas de injeção contrátil (CISs) funcionam de maneira fundamentalmente diferente dos dispositivos descritos anteriormente e têm alguns recursos exclusivos. Como resultado, os pesquisadores também fornecem informações sobre as diferenças evolutivas entre as diferentes classes de sistemas de injeção.

Esses CISs funcionam como ‘seringas moleculares’. Quando o módulo da bainha externa da nanomáquina se contrai, um tubo interno escondido cheio de proteínas é disparado. Essas proteínas são injetadas no ambiente ou diretamente em uma célula-alvo.

Assista ao vídeo que mostra resultados do estudo:

Fonte: Fabian Eisenstein, ETH Zurique

Uma ancoragem surpreendente na célula

Um novo CIS, que os pesquisadores encontraram em cianobactérias, não estava ancorado na membrana celular ou flutuando livremente dentro da célula, como esperado, mas estava ligado à chamada membrana tilacoide, onde a fotossíntese ocorre nessas bactérias.

“Essa foi a maior surpresa para nós”, disse o Dr. Gregor Weiss, principal autor do estudo sobre o sistema de injeção de cianobactérias. Apesar dessa localização incomum, o CIS ancorado na membrana tilacoide – denominado tCIS – cumpre seu propósito. Se as cianobactérias são estressadas, por exemplo, por concentrações excessivas de sal na água ou luz ultravioleta, as camadas externas das células se desprendem. Isso expõe o tCIS voltado para fora, pronto para disparar em contato com células-alvo em potencial.

As lanças moleculares também são inesperadamente comuns, o que segundo o Dr. Gregor Weiss indica um papel importante no ciclo de vida das cianobactérias. Ele suspeita que o tCIS possa desempenhar um papel na morte celular programada de células individuais nessas cianobactérias multicelulares.

Sistema de injeção extracelular

Por outro lado, os pesquisadores do ETH Zurique Dr. Jingwei Xu e o doutorando Charles Ericson, que também trabalham no grupo do professor Pilhofer, descobriram e descrevem um CIS produzido pela bactéria marinha Algoriphagus machipongonensis, que não está ancorado na célula, mas sim liberado no ambiente para atuar nas células-alvo da área.

Entre outras coisas, os pesquisadores usaram microscopia crioeletrônica para determinar a estrutura desse subtipo específico de CIS ejetado (eCIS) em resolução muito alta, o que nenhum outro grupo de trabalho havia conseguido fazer anteriormente. “As nanomáquinas recém-descobertas nos dão pistas de que os sistemas de injeção contrátil são mais comuns do que se pensava anteriormente”, disse Charles Ericson.

Uso futuro em biomedicina

Os dois estudos ajudam os pesquisadores a entender como os organismos produtores de CIS afetam seu ambiente. Além disso, diferentes locais nesses sistemas esclarecem como cada CIS é organizado para um propósito específico: receptores especializados permitem a ligação direcionada de células-alvo; a carga variável dessas ‘armas’ moleculares causa diferentes efeitos celulares e mecanismos de ancoragem distintos permitem modos de ação completamente diferentes.

Com isso em mente, é concebível que, no futuro, pesquisadores usem a estrutura modular em biomedicina, redesenhando-a para que uma ‘arma molecular’ possa atingir tipos específicos de células e disparar drogas ou antimicrobianos.

Acesse o primeiro artigo científico completo (em inglês).

Acesse o segundo artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do ETH Zurique (em inglês).

Fonte: Dra. Jessica Stanisich, ETH Zurique. Imagem: Reprodução, ETH Zurique. Vídeo: Fabian Eisenstein, ETH Zurich.

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