Os cientistas descobriram novos detalhes sobre como as bactérias partilham genes, incluindo aqueles que impulsionam a resistência antimicrobiana (RAM), uma ameaça crescente à saúde global. As descobertas vêm de pesquisadores do Centro John Innes, que estudaram partículas incomuns conhecidas como agentes de transferência de genes (GTAs).
Os GTAs são semelhantes aos bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas não são mais invasores inofensivos. Em vez disso, eles são derivados de vírus antigos que as bactérias adaptaram e colocaram sob seu controle.
Partículas semelhantes a vírus entregam DNA às células
Essas partículas atuam como pequenos veículos de entrega. Eles pegam pedaços de DNA de uma célula bacteriana e os transmitem para outras pessoas próximas. Este processo, conhecido como transferência horizontal de genes, permite que as bactérias compartilhem rapidamente características benéficas, incluindo genes que as ajudam a sobreviver ao tratamento com antibióticos.
Uma etapa fundamental neste processo é a lise da célula hospedeira, a quebra de uma célula bacteriana para liberar partículas GTA. Até agora, os cientistas não compreenderam completamente como estas partículas escapam das células hospedeiras.
Os principais agrupamentos de genes regulam a lise celular
Publicado em pesquisa Microbiologia da NaturezaA equipe usou uma abordagem de triagem baseada em sequenciamento profundo para identificar genes envolvidos na atividade do GTA em bactérias modelo. Colobacter crescente.
Eles identificaram um sistema de três genes chamado LypABC, que produz proteínas bacterianas. Quando os genes lypABC são removidos, as células não conseguem mais se abrir para liberar partículas GTA. Quando o sistema estava hiperativo, muitas células foram lisadas. Estes resultados mostram que o LypABC atua como um centro de controle central para este processo.
Um sistema imunológico reconstituído para transferência de genes
Uma das descobertas mais surpreendentes é que o LypABC se assemelha a um sistema imunológico bacteriano anti-fago. Contém componentes proteicos que normalmente estão associados à defesa contra vírus. No entanto, neste caso, o sistema parece ter sido reaproveitado para ajudar a libertar partículas GTA e promover a transferência de genes.
O trabalho, realizado em colaboração com a Universidade de York e o Rowland Institute de Harvard, destaca como as bactérias podem redirecionar os sistemas biológicos existentes de maneiras inesperadas.
Regras rígidas são essenciais para a sobrevivência
Os pesquisadores também descobriram uma proteína reguladora que ajuda a manter a atividade do GTA sob rígido controle. Esta regulação é importante porque a ativação inadequada do LypABC pode ser altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao revelar quão flexíveis os sistemas bacterianos podem ser, o estudo fornece uma visão profunda de como os genes se movem entre as células. Este processo desempenha um papel importante na propagação da resistência aos antibióticos.
Novas pistas na luta contra a resistência aos antibióticos
O primeiro autor do estudo. Emma Banks, pesquisadora de 1851 da Comissão Real para a Exposição, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o usam para secretar partículas GTA. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reprogramados para ajudar as bactérias a espalharem outro DNA – com cada processo, as bactérias podem espalhar resistência.”
O próximo passo é entender como o sistema LypABC é ativado e como ele regula a ruptura das células bacterianas para liberar partículas GTA.
A investigação lançou uma nova luz importante sobre os amigos-inimigos que permitem às bactérias trocar genes, incluindo aqueles associados à resistência antimicrobiana (RAM).
As descobertas, que expandem a nossa compreensão da principal ameaça à saúde global que é a RAM, levaram os investigadores do Centro John Innes a investigar o estranho fenómeno dos agentes de transferência de genes (GTA).
Essas partículas portadoras de genes parecem bacteriófagos (vírus que infectam bactérias), mas foram domesticadas a partir de vírus antigos e têm sido usadas de forma benéfica no controle de células hospedeiras bacterianas.
Agindo como mensageiros, eles pegam pacotes de DNA bacteriano hospedeiro e os entregam às bactérias vizinhas. Esta partilha “altruísta”, conhecida como transferência horizontal de genes, pode disseminar rapidamente características úteis, incluindo genes que resistem a antibióticos usados para tratar infecções.
Um estágio importante da vida do GTA é a lise da célula hospedeira: a quebra de uma célula hospedeira para liberar partículas GTA compactadas com DNA. Anteriormente, não estava claro como as partículas GTA escapam das células bacterianas hospedeiras.
Neste estudo, que é demonstrado Microbiologia da Natureza, A equipe usou um método de triagem baseado em sequenciamento profundo para identificar genes importantes para a função do GTA na bactéria modelo Colobacter crescentus.
Identificou um centro regulador de três genes, LypABC, que codifica proteínas bacterianas. Quando esses genes lypABC são excluídos, a bactéria não consegue mais liberar partículas GTA. Em contraste, ao superexpressar o hub lypABC, eles alcançaram uma proporção muito elevada de células em lise. Juntos, esses experimentos identificaram o LypABC como um mecanismo regulatório para a lise celular mediada pelo GTA.
Curiosamente, o LypABC se assemelha a um sistema imunológico antifágico bacteriano, pois contém domínios proteicos normalmente necessários para a defesa contra vírus. No entanto, este esforço colaborativo entre o John Innes Center, da Universidade de York, e o Rowland Institute de Harvard sugere que foi reprogramado para libertar partículas GTA para transferência de genes.
Eles também identificaram uma proteína reguladora necessária para uma regulação rigorosa tanto da ativação do GTA quanto da lise mediada pelo GTA. Esta regulação é importante porque a regulação incorreta do LypABC é altamente tóxica para as células bacterianas.
Ao destacar a plasticidade dos domínios bacterianos, o estudo avança no conhecimento fundamental de como ocorre a transferência de genes dentro das células bacterianas e fornece uma pista importante para a compreensão de como ocorre a RAM.
O primeiro autor do estudo. Emma Banks, pesquisadora de 1851 da Comissão Real para a Exposição, disse: “O que é particularmente interessante é que o LypABC se parece com um sistema imunológico, mas as bactérias o usam para secretar partículas GTA. Isso sugere que os sistemas imunológicos podem ser reprogramados para ajudar as bactérias a espalharem outro DNA – com cada processo, as bactérias podem espalhar resistência.”
O próximo passo da pesquisa é descobrir como o centro de controle LypABC é ativado e como funciona para regular a ruptura das células bacterianas e a liberação de partículas GTA.
“Um sistema imunológico bacteriano semelhante ao CARD-NLR regula a liberação de agentes de transferência de genes”, mostra Microbiologia da Natureza.
