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Como as bactérias armazenam informações para matar vírus (mas não elas mesmas)?
Durante os últimos anos, a técnica CRISPR ganhou as manchetes por ajudar a tratar pacientes com condições variadas, desde cegueira à doença falciforme. No entanto, muito antes de os humanos ‘cooptarem’ a CRISPR para combater distúrbios genéticos, as bactérias estavam usando a CRISPR como um sistema imunológico para combater os vírus.
Em bactérias, a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) funciona roubando pequenos pedaços de DNA de vírus infectantes e armazenando esses pedaços nos genes das bactérias. Esses pedaços de DNA, chamados espaçadores, são então copiados para formar pequenas etiquetas, que se ligam a proteínas que flutuam até encontrar um pedaço de DNA correspondente. Quando encontram uma correspondência, reconhecem-no como um vírus e o cortam.
Recentemente, um artigo publicado na revista científica Current Biology por pesquisadores do Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, mostrou que o risco de autoimunidade desempenha um papel fundamental na forma como a CRISPR armazena informações virais, orientando quantos espaçadores as bactérias mantêm em seus genes e quão longos são esses espaçadores.
Idealmente, os espaçadores devem corresponder apenas ao DNA pertencente ao vírus, mas há uma pequena chance estatística de que o espaçador corresponda a outro pedaço de DNA da própria bactéria. Isso pode significar a morte por uma resposta autoimune.
“O sistema imunológico adaptativo em vertebrados pode produzir distúrbios autoimunes. Eles são muito sérios e perigosos”, disse o Dr. Vijay Balasubramanian, pesquisador principal do estudo e professor de Física na Escola de Artes e Ciências da Universidade da Pensilvânia.
Equilibrar esse risco pode colocar as bactérias em uma espécie de vínculo evolutivo. Ter mais espaçadores significa que elas podem armazenar mais informações e afastar mais tipos de vírus, mas também aumenta a probabilidade de um dos espaçadores corresponder ao DNA da bactéria e desencadear uma resposta autoimune.
O Dr. Balasubramanian, juntamente com os colegas Dr. Hanrong Chen, do Genome Institute of Singapore, e o Dr. Andreas Mayer, da University College London, no Reino Unido, perceberam que as bactérias poderiam contornar isso com espaçadores mais longos. Semelhante a como uma senha mais longa pode ser mais difícil de decifrar, um espaçador mais longo teria menos probabilidade de corresponder ao DNA da própria bactéria. Isso significa que bactérias com espaçadores mais longos poderiam ter mais espaçadores em geral sem o risco de desencadear uma resposta autoimune.
Com essa ideia em mãos, os pesquisadores construíram um modelo matemático para calcular a razão entre o comprimento do espaçador e o número total de espaçadores que a bactéria deveria ser capaz de armazenar sem arriscar uma resposta autoimune.
Depois de elaborar o modelo matemático, eles verificaram se sua previsão era verdadeira em bactérias reais, observando o DNA CRISPR de milhares de espécies e comparando o comprimento do espaçador com o número de espaçadores armazenados. Os pesquisadores encontraram uma relação consistente e estreita entre o comprimento do espaçador e o número de espaçadores.
“Este é um quadro teórico muito simples. Existe o risco de autoimunidade, mas é bom ter mais memória imunológica e você deve equilibrar essas duas considerações. É muito, muito raro que algo tão simples corresponda aos dados”, ressaltou o Dr. Balasubramanian.
O pesquisador disse que o sucesso do modelo mostra que essa estrutura de trocas matemáticas simples pode se aplicar a sistemas mais complexos, como o sistema imunológico de vertebrados, incluindo humanos. “Apenas fazendo esse tipo de raciocínio estatístico, você pode fazer muito progresso. Então talvez possamos voltar à imunidade dos vertebrados e usar as mesmas técnicas”, disse o professor.
O estudo também está entre os primeiros a descrever a importância da resposta autoimune em bactérias. O Dr. Balasubramanian e seus colaboradores esperam que futuros estudos da CRISPR considerem o risco de autoimunidade.
Quanto ao trabalho futuro em seu grupo, ele pretende explorar como a técnica CRISPR armazena informações em resposta a vírus em evolução. E, embora um modelo estatístico de genes bacterianos em evolução possa parecer muito distante da vida cotidiana, o Dr. Balasubramanian disse que este trabalho estabelece uma base para uma compreensão mais ampla da imunidade, de maneiras que podem permitir uma visão mais profunda de vírus como a gripe sazonal ou novas variantes do SARS-CoV-2. “Estas são todas as peças de um quebra-cabeça maior”, concluiu o Dr. Vijay Balasubramanian.
Acesse o artigo científico completo (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade da Pensilvânia (em inglês).
Fonte: Luis Melecio-Zambrano, Universidade da Pensilvânia.
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