Biólogos da Universidade de Oregon trouxeram de volta à vida proteínas pré-históricas, reconstruindo moléculas que têm 160 milhões de anos e atacam naturalmente os micróbios. As proteínas regeneradas poderão fornecer aos cientistas novas ideias para o tratamento de infecções resistentes a antibióticos, que se tornaram um grande desafio para a saúde global.
O trabalho, descrito em artigo publicado em Biologia PLOS Em 25 de agosto, a história evolutiva dos peptídeos, pequenos fragmentos de proteínas, remonta aos primeiros mamíferos placentários. Este amplo grupo inclui humanos e quase todos os mamíferos que vivem hoje. Experimentos de laboratório mostraram que alguns peptídeos reconstruídos de ancestrais extintos eram mais eficazes contra bactérias resistentes a medicamentos do que algumas versões encontradas em espécies modernas.
De acordo com Matt Barber, autor sênior do estudo e biólogo evolucionista da Faculdade de Artes e Ciências da UO, essas defesas biológicas há muito perdidas poderiam dar aos pesquisadores pontos de partida úteis para o desenvolvimento de tratamentos que complementem ou substituam antibióticos que não funcionam mais.
“Qualquer pessoa que estude bactérias patogênicas sempre tem em mente que os antibióticos foram um dos avanços médicos mais importantes do século 20”, disse Barber. “Mas as bactérias estão desenvolvendo resistência a eles, e já é assim há muito tempo.”
Ele acrescentou: “Certamente estamos interessados em saber se, ao reaproveitar ou projetar alguns dos peptídeos antimicrobianos avançados, poderemos usá-los como tratamentos terapêuticos no futuro”.
Desvendando uma antiga defesa antimicrobiana
Há cerca de 160 milhões de anos, perto do final do período Jurássico, apareceu o ancestral comum de todos os mamíferos placentários, cujos bebês se desenvolvem no útero. Na mesma época, também surgiu a lactoferrina, a proteína central da pesquisa de Barber.
A lactoferrina é uma proteína imunológica presente em quase todos os fluidos corporais, exceto no sangue, incluindo leite materno, lágrimas, saliva, ranho e muco intestinal. Sua principal função é manter o ferro longe de patógenos. As bactérias dentro do corpo dependem do ferro, mas a lactoferrina se liga fortemente ao elemento, dificultando muito o acesso dos micróbios.
A lactoferrina também exerce sua própria defesa direta contra patógenos. Contém um peptídeo antimicrobiano capaz de danificar as membranas bacterianas, criando buracos que podem romper as células.
“Os peptídeos antimicrobianos são uma parte importante da primeira linha de defesa do corpo”, disse Titas Sil, principal autor do artigo e estudante de doutorado no laboratório de Barber. “Eles podem atingir uma ampla gama de patógenos e, devido ao seu potencial, os cientistas estão tentando sintetizar diferentes tipos para uso terapêutico”.
Os parentes próximos da lactoferrina não compartilham essa capacidade de matar bactérias. Isto sugere que esta característica apareceu algum tempo após o surgimento da lactoferrina durante a evolução dos mamíferos. Para determinar quando a capacidade evoluiu e como mudou ao longo do tempo, a equipe traçou a história evolutiva da lactoferrina e reconstruiu versões relacionadas aos seus ancestrais extintos.
Para Barber, esse registro evolutivo fornece uma coleção natural de experimentos biológicos que podem ajudar os pesquisadores a desenvolver novas ferramentas médicas.
“A evolução é basicamente um experimento científico de bilhões de anos, certo?” Ele disse.
“Estamos analisando os resultados do que funciona e do que não funciona. Ao observar como as características surgem naturalmente e são selecionadas através da evolução, você pode obter informações que podem ser úteis para projetar novas ferramentas antimicrobianas.”
Reconstrução de proteínas de 160 milhões de anos atrás
Para reconstruir o extinto peptídeo antimicrobiano, Sill começou comparando sequências genéticas da lactoferrina de espécies vivas, como humanos e vacas. Eles então mapearam as relações evolutivas entre essas sequências e usaram métodos estatísticos para estimar as sequências genéticas mais prováveis seguidas pelo seu ancestral comum, estendendo a reconstrução para cerca de 160 milhões de anos.
O método avançado é conhecido como reconstrução de sequência ancestral, que foi Iniciado por Joseph ThorntonUm ex-cientista da UO cujo antigo laboratório é agora ocupado pelo grupo de Barber.
Sil sintetizou os genes previstos e usou células para produzir a antiga proteína reconstituída. Eles então os testaram contra vários patógenos associados a doenças humanas, incluindo Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Streptococcus.
Os primeiros peptídeos antimicrobianos regenerados foram capazes de romper as membranas bacterianas, mas as bactérias aparentemente repararam os danos e sobreviveram à exposição aos peptídeos. Versões reconstruídas de ancestrais mamíferos recentes, com alguns milhões de anos de idade, tornaram-se cada vez mais dominantes. Em alguns casos, eles tiveram um desempenho melhor do que os peptídeos humanos modernos relacionados.
Uma mutação produziu uma grande mudança
Os pesquisadores atribuíram grande parte dessa capacidade aumentada a diferenças estruturais notavelmente pequenas. Uma única mutação em uma série de aminoácidos, os “blocos de construção” da proteína, foi suficiente para tornar o peptídeo antimicrobiano significativamente mais eficaz.
“O que foi surpreendente e inesperado foi como pequenas mudanças nestes domínios poderiam ter um impacto tão grande”, disse Barber. “Houve ensaios clínicos usando derivados de peptídeos de lactoferrina humana para tratar infecções. Mas houve vários exemplos em que (Sil) mostrou que não são necessárias muitas mudanças para o desenvolvimento aumentar a atividade desses peptídeos além das versões humanas.”
Barber e Sill alertam que é improvável que os peptídeos antimicrobianos regenerados se tornem novos medicamentos tão cedo. Ao contrário dos antibióticos tradicionais, estes péptidos são estruturalmente menos estáveis e decompõem-se rapidamente no interior do corpo.
No entanto, a reconstrução da sua história evolutiva pode revelar estratégias úteis para a concepção de tratamentos futuros. Ao aprender como os peptídeos antimicrobianos mudaram ao longo de milhões de anos, os pesquisadores poderão criar novas abordagens que tornem mais difícil para os patógenos desenvolverem resistência.
“Semelhante aos antibióticos, os patógenos serão capazes de evoluir contra peptídeos antimicrobianos”, disse ele. “Mas se entendermos e pudermos prever como elas se tornam resistentes a essas moléculas, poderemos encontrar melhores maneiras de atacá-las ou desenvolver terapias combinadas que evitem melhor a resistência”.
Esta pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde.
