Pesquisadores da Faculdade de Medicina da Universidade da Virgínia e seus colaboradores resolveram um mistério de décadas sobre como a E. coli e outras bactérias são capazes de se mover.
As bactérias se empurram para a frente enrolando apêndices longos e filiformes em formas de saca-rolhas que agem como hélices improvisadas. Mas como exatamente eles fazem isso tem confundido os cientistas, porque as "hélices" são feitas de uma única proteína.

Uma equipe internacional liderada por Edward H. Egelman da UVA, Ph.D., líder no campo da microscopia crioeletrônica de alta tecnologia (crio-EM), desvendou o caso. Os pesquisadores usaram crio-EM e modelagem computacional avançada para revelar o que nenhum microscópio de luz tradicional conseguia ver:a estranha estrutura dessas hélices no nível de átomos individuais.

"Embora existam modelos há 50 anos de como esses filamentos podem formar formas enroladas tão regulares, agora determinamos a estrutura desses filamentos em detalhes atômicos", disse Egelman, do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da UVA. "Podemos mostrar que esses modelos estavam errados, e nosso novo entendimento ajudará a pavimentar o caminho para tecnologias que podem ser baseadas nessas hélices em miniatura".

Plantas para 'supercoils' de bactérias

Diferentes bactérias têm um ou vários apêndices conhecidos como flagelos ou, no plural, flagelos. Um flagelo é feito de milhares de subunidades, mas todas essas subunidades são exatamente iguais. Você pode pensar que essa cauda seria reta ou, na melhor das hipóteses, um pouco flexível, mas isso deixaria as bactérias incapazes de se mover.

Isso porque tais formas não podem gerar impulso. É preciso uma hélice giratória, semelhante a um saca-rolhas, para empurrar uma bactéria para a frente. Os cientistas chamam a formação dessa forma de "superenrolamento" e agora, depois de mais de 50 anos, eles entendem como as bactérias fazem isso.

Usando crio-EM, Egelman e sua equipe descobriram que a proteína que compõe o flagelo pode existir em 11 estados diferentes. É a mistura precisa desses estados que faz com que a forma de saca-rolhas se forme.

Sabe-se que a hélice nas bactérias é bem diferente das hélices semelhantes usadas por organismos unicelulares vigorosos chamados archaea. Archaea são encontrados em alguns dos ambientes mais extremos da Terra, como em piscinas de ácido quase em ebulição, no fundo do oceano e em depósitos de petróleo nas profundezas do solo.

Egelman e seus colegas usaram o crio-EM para examinar os flagelos de uma forma de archaea, Saccharolobus islandicus, e descobriram que a proteína que forma seu flagelo existe em 10 estados diferentes. Embora os detalhes fossem bem diferentes do que os pesquisadores viram nas bactérias, o resultado foi o mesmo, com os filamentos formando saca-rolhas regulares.

Eles concluem que este é um exemplo de "evolução convergente" - quando a natureza chega a soluções semelhantes por meios muito diferentes. Isso mostra que, embora as hélices de bactérias e archaea sejam semelhantes em forma e função, os organismos desenvolveram essas características de forma independente.

“Assim como pássaros, morcegos e abelhas, que evoluíram independentemente asas para voar, a evolução de bactérias e arqueias convergiu em uma solução semelhante para nadar em ambos”, disse Egelman, cujo trabalho anterior de imagem o levou à Academia Nacional. das Ciências, uma das maiores honras que um cientista pode receber. “Desde que essas estruturas biológicas surgiram na Terra há bilhões de anos, os 50 anos que foram necessários para entendê-las podem não parecer tão longos”.

A pesquisa foi publicada em Cell . + Explorar mais

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