Os cientistas revelaram como os vírus que infectam bactérias desativam a MurJ, uma proteína necessária para construir a parede celular bacteriana. Curiosamente, diferentes vírus desenvolveram proteínas separadas que bloqueiam de forma semelhante o MurJ, tornando-o um novo e promissor alvo antibiótico.
Os resultados apareceram na edição de 26 de fevereiro a natureza. A pesquisa foi conduzida por Yancheng Evelyn Li, estudante de pós-graduação no laboratório de Bill Clemons na Caltech. Clemons, professor de bioquímica do Memorial Arthur e Marianne Hanisch, é o autor correspondente.
Novos antibióticos são urgentemente necessários
As bactérias evoluem rapidamente e essa adaptabilidade está a alimentar uma crescente crise de saúde pública. Como explica Clemons, “a evolução é poderosa e, nas bactérias, a resistência aos antibióticos evolui rapidamente. Isto significa que agora lidamos com bactérias que são resistentes a todos os medicamentos que temos”. Ele acrescentou: “Só nos Estados Unidos, milhares de pessoas morrem todos os anos devido a infecções bacterianas resistentes aos antibióticos, e esse número está a crescer rapidamente. Precisamos de novos antibióticos para combater isto”.
Com os medicamentos existentes a perderem a sua eficácia, os investigadores estão à procura de pontos fracos bacterianos inteiramente novos.
Visando a parede celular bacteriana
Um foco de longa data é o caminho que as bactérias usam para produzir o peptidoglicano, que constitui as paredes celulares. Este processo, conhecido como via de biossíntese do peptidoglicano, é particularmente interessante porque o peptidoglicano é encontrado em bactérias, mas não em células humanas. Como observa Clemons, “o peptidoglicano é uma propriedade única das bactérias e isso o torna um alvo atraente para antibióticos”.
Vários antibióticos já perturbam esta via. A penicilina, descoberta por Alexander Fleming em meados do século 20, inibe os estágios finais da produção de peptidoglicanos. Medicamentos relacionados, como a amoxicilina, funcionam de forma semelhante.
As proteínas principais são MraY, MurG e MurJ
Três proteínas essenciais impulsionam o movimento dos blocos de construção do peptidoglicano através da membrana interna bacteriana: MraY, MurG e MurJ. Essas proteínas ajudam a transportar os componentes necessários para montar a parede celular através da barreira interna da membrana. Se algum deles falhar, o peptidoglicano não pode ser produzido e a bactéria morre, tornando-a um alvo promissor para medicamentos.
Embora os investigadores entendam muito sobre como estas proteínas funcionam, Clemons observa que importantes detalhes mecanísticos permanecem obscuros.
Atualmente, nenhum medicamento aprovado inibe diretamente essas três proteínas. Ainda assim, Clemons diz que o potencial existe. “Sabemos que podemos encontrar pequenas moléculas, derivadas da natureza ou sintetizadas em bibliotecas químicas, que irão inibir estas proteínas. De forma emocionante, descobertas recentes mostraram como os bacteriófagos podem atingir esta via.”
Como os bacteriófagos rompem as defesas bacterianas
Bacteriófagos ou fagos são vírus que infectam bactérias. Para sobreviver, eles devem entrar numa célula bacteriana, replicar-se e depois escapar para infectar outras. deve passar pela camada de peptidoglicano para se decompor. Clemmons explica: “Retornar significa que eles terão que cruzar a camada de peptidoglicano. Como funciona como uma cota de malha, os fagos ficam presos se não conseguirem rompê-la.”
O laboratório Clemons estuda pequenos fagos que contêm DNA ou RNA de fita simples. Esses vírus têm genomas compactos e dependem de estratégias simples para matar bactérias. Em 2023, a equipe relatou ciência Em φX174, um fago com uma longa história de pesquisa no Caltech.
Proteína viral que inativa MurJ
Pequenos fagos dependem de antibióticos proteicos especiais chamados proteínas de lise de gene único, ou Sgls (pronunciadas como “sigilos”), para matar bactérias. Li e Clemons se concentraram em Sgls que têm como alvo MurJ, uma proteína chave da parede celular.
MurJ atua como um flippase. Ele transporta precursores de peptidoglicano de dentro da célula através da membrana para que possam se fixar na parede celular em crescimento. Trabalhos anteriores de colaboradores mostraram que dois Sgls não relacionados, SglM e SglPP7, matam bactérias bloqueando MurJ.
Para entender como isso acontece, Lee usou microscopia crioeletrônica no Centro de Recursos de Microscopia Eletrônica de Transmissão Biológica e Criogênica (Cryo-EM) do Instituto Beckman do Caltech. Flippases como MurJ movem moléculas abrindo-as alternadamente em cada lado da membrana, em vez de formar uma abertura permanente. Quando o MurJ liga sua carga dentro da célula, ele muda de forma para liberar a molécula para o exterior.
Lee descobriu que tanto o SglM quanto o SglPP7 se ligam a uma ranhura no MurJ, impedindo a transição estrutural necessária para o transporte.
“É claro que ambos os Sgls se ligam ao MurJ em uma conformação voltada para fora, prendendo-o nesta posição”, disse Lee. Os pesquisadores estão encorajados com isso porque a forma de MurJ voltada para fora está exposta ao ambiente circundante, o que poderia torná-la mais acessível a futuros medicamentos voltados para dentro.
A evolução convergente destaca um alvo promissor para medicamentos
Clemons disse que os resultados foram surpreendentes por outro motivo. “Esses peptídeos, que não têm ligação evolutiva entre si, descobriram como atingir o MurJ de uma forma muito semelhante. Estes são dois exemplos de evolução convergente, onde diferentes caminhos evolutivos levam à mesma solução. Ficamos surpresos!”
Como os vírus evoluem rapidamente, a equipe acredita que muitos outros fagos provavelmente carregam os mesmos Sgls. Os fagos são relativamente fáceis de isolar e o estudo de seus genomas pode revelar informações biológicas adicionais e novos alvos antibióticos.
em a natureza No estudo, os pesquisadores analisaram o genoma de outro fago com a ajuda de um colaborador. Eles identificaram um novo Sgl chamado SglCJ3 (a partir de uma sequência do genoma prevista como sendo um fago e chamado Changjiang3) e o examinaram usando microscopia crioeletrônica. Lee determinou a estrutura do SglCJ3 ligado ao MurJ e descobriu que ele bloqueia a proteína na mesma conformação extracelular.
“Este é um terceiro genoma que desenvolveu um peptídeo único para inibir o mesmo alvo da mesma maneira”, disse Clemons. “Esta é a primeira forte evidência de que a evolução identifica o MurJ como um alvo importante para a morte bacteriana, o que significa que devemos seguir o exemplo da evolução e desenvolver terapêuticas que visem o MurJ. Isto demonstra o poder da biologia básica para nos ajudar a resolver problemas na medicina. O nosso caminho está definido nos benefícios da descoberta do Sgl, e esperamos continuar a apoiar estas ideias para se tornarem realidade.”
Autores e financiadores
O artigo é intitulado “Inibição de Flippage em Murinos Convergentes por Proteínas de Lise de Fagos”. Além de Clemons e Lee, os autores incluem Grace F. Baron, estudante de graduação da Caltech, e Francesca S. Antilon, Karthik Chamakura e Rai Yang, da Texas A&M University. A pesquisa foi apoiada pela Iniciativa Chan Zuckerberg, pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela Fundação G. Harold e Leila Y. Mathers e pelo Centro de Tecnologia de Fase da Texas A&M, patrocinado conjuntamente pela Texas A&M AgriLife.
