- O parasita da malária está cheio de pequenos cristais que giram indefinidamente, um comportamento estranho que intriga os cientistas há décadas.
- Os pesquisadores descobriram agora que esses cristais são alimentados pela quebra do peróxido de hidrogênio, uma reação semelhante à usada em motores de foguetes.
- Essa rotação constante pode ajudar o parasita a sobreviver, limpando com segurança os peróxidos tóxicos e manipulando compostos nocivos de ferro.
Implicações: Esta descoberta pode abrir as portas para novos tratamentos contra a malária e inspirar avanços na tecnologia de robôs microscópicos.
Girando cristais dentro do parasita da malária
Cada célula do parasita que causa a malária mortal Plasmodium falciparum Há um pequeno compartimento repleto de cristais microscópicos de ferro. Enquanto o parasita está vivo, esses cristais estão em constante movimento. Eles rolam, saltam e colidem dentro de seus limites como moedas soltas balançando violentamente em uma máquina, movendo-se tão rápida e imprevisivelmente que os instrumentos científicos padrão têm dificuldade para rastreá-los. Quando o parasita morre, o movimento para imediatamente.
Estes cristais de ferro têm sido um foco chave para os medicamentos antimaláricos, mas os seus movimentos incomuns têm confundido os cientistas desde que foram observados pela primeira vez. “As pessoas não falam sobre o que não entendem e, como o movimento destes cristais é tão misterioso e bizarro, tem sido um ponto cego para a parasitologia durante décadas”, disse Paul Sigala, PhD, professor associado de bioquímica na Faculdade de Medicina da Universidade de Spencer Fox Eccles.
Agora, a equipe de Sigala descobriu o mecanismo por trás desse estranho comportamento. Os cristais são alimentados por uma reação química semelhante à usada para alimentar foguetes.
A descoberta poderá levar a novas estratégias para o tratamento da malária e também oferecer insights sobre a concepção de sistemas robóticos em nanoescala. Os resultados são publicados PNAS.
A alquimia alimenta o movimento do cristal como um foguete
Os pesquisadores descobriram que os cristais formados a partir de um composto contendo ferro chamado heme são acionados pela decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio. Esta reação libera energia, fornecendo a energia necessária para manter os cristais em movimento.
Este tipo de propulsão é bem conhecido na engenharia aeroespacial, onde o peróxido de hidrogénio é utilizado como combustível para o lançamento de naves espaciais, mas não foi previamente identificado em nenhum sistema biológico. “Esta decomposição do peróxido de hidrogênio tem sido usada para alimentar foguetes de grande escala”, disse Erica Hastings, PhD, pós-doutoranda em bioquímica na SFESOM. “Mas não creio que isso tenha sido observado em um sistema biológico.”
O peróxido de hidrogênio é abundante em pequenos compartimentos onde estão os cristais, e os parasitas o produzem naturalmente como subproduto. Isso o torna um forte candidato como fonte potencial de energia. Experimentos confirmaram que o peróxido de hidrogênio sozinho pode girar cristais isolados, mesmo fora do parasita.
Quando os parasitas são cultivados em condições de baixo teor de oxigênio, o que reduz a produção de peróxido de hidrogênio, os cristais diminuem para cerca de metade de sua velocidade normal, mesmo que os parasitas estejam saudáveis.
Por que o Crystal Motion pode ajudar os parasitas a sobreviver
Os pesquisadores acreditam que esse movimento constante pode desempenhar um papel importante para ajudar o parasita a sobreviver. Uma possível explicação envolve o próprio peróxido de hidrogênio, que é altamente tóxico. Os cristais giratórios podem ajudar o parasita a quebrar com segurança o excesso de peróxido, reduzindo o risco de danos causados por reações químicas prejudiciais.
Sigala sugere outro benefício. A agitação pode impedir que os cristais grudem uns nos outros, o que limitará a sua capacidade de armazenar calor adicional. Se os cristais congelarem, perderão a área de superfície necessária para processar o gelo com mais eficiência. Por ser móvel, o parasita pode gerenciar esse processo com mais eficiência.
Impacto de novos medicamentos e nanotecnologia
Segundo os pesquisadores, esses cristais giratórios representam o primeiro exemplo conhecido de nanopartícula metálica autopropelida em biologia. Eles suspeitam que processos semelhantes possam existir em outras partes da natureza.
As descobertas podem ajudar a orientar o desenvolvimento de robôs microscópicos avançados. “Partículas autopropelidas nanoprojetadas podem ser usadas para uma variedade de aplicações industriais e de distribuição de medicamentos, e acreditamos que essas descobertas podem trazer insights potenciais”, disse Sigala.
Existem também aplicações médicas potenciais. “Acreditamos que a degradação do peróxido de hidrogênio provavelmente contribui de forma importante para a redução do estresse celular”, disse Sigala. “Se houvesse uma maneira de bloquear a química na superfície do cristal, isso por si só poderia ser suficiente para matar o parasita”.
Dado que este processo é tão diferente de qualquer outro encontrado nas células humanas, representa um alvo atraente para novos tratamentos. Os medicamentos concebidos para interferir neste processo têm menos probabilidade de causar efeitos colaterais prejudiciais. “Se direcionarmos um medicamento para uma área muito diferente das células humanas, provavelmente não terá efeitos colaterais extremos”, explica Hastings. “Se conseguirmos definir como esse parasita difere do nosso corpo, teremos acesso a novos rumos para a medicina”.
Os resultados são publicados PNAS Como em “Condução química do movimento do cristal de hemozoína em parasitas da malária”.
O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (números de concessão R35GM133764, R21AI185746, R35GM14749 e T32AI055434), o Centro de Utah para Distúrbios de Ferro e Heme (número de concessão U54DK110858), o Prêmio de Engenharia da Universidade de Utah e da Faculdade de Saúde da Universidade de Utah. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente a opinião oficial dos Institutos Nacionais de Saúde.
