Nova pesquisa liderada pela UMBC em Fronteiras em Microbiologia sugere que os vírus estão usando informações de seu ambiente para "decidir" quando ficar bem dentro de seus hospedeiros e quando se multiplicar e explodir, matando a célula hospedeira. O trabalho tem implicações para o desenvolvimento de medicamentos antivirais.
A capacidade de um vírus de sentir seu ambiente, incluindo elementos produzidos por seu hospedeiro, adiciona “outra camada de complexidade à interação vírus-hospedeiro”, diz Ivan Erill, professor de ciências biológicas e autor sênior do novo artigo. Neste momento, os vírus estão explorando essa capacidade em seu benefício. Mas no futuro, diz ele, "poderíamos explorá-lo em detrimento deles".

Não é coincidência

O novo estudo se concentrou em bacteriófagos – vírus que infectam bactérias, muitas vezes chamados simplesmente de “fagos”. Os fagos no estudo só podem infectar seus hospedeiros quando as células bacterianas têm apêndices especiais, chamados pili e flagelos, que ajudam as bactérias a se mover e acasalar. As bactérias produzem uma proteína chamada CtrA que controla quando geram esses apêndices. O novo artigo mostra que muitos fagos dependentes de apêndice têm padrões em seu DNA onde a proteína CtrA pode se ligar, chamados locais de ligação. Um fago com um sítio de ligação para uma proteína produzida por seu hospedeiro é incomum, diz Erill.

Ainda mais surpreendente, Erill e a primeira autora do artigo, Elia Mascolo, Ph.D. estudante no laboratório de Erill, descobriu através de análise genômica detalhada que esses locais de ligação não eram exclusivos de um único fago, ou mesmo de um único grupo de fagos. Muitos tipos diferentes de fagos tinham sítios de ligação CtrA – mas todos eles exigiam que seus hospedeiros tivessem pili e/ou flagelos para infectá-los. Não podia ser coincidência, eles decidiram.

A capacidade de monitorar os níveis de CtrA “foi inventada várias vezes ao longo da evolução por diferentes fagos que infectam diferentes bactérias”, diz Erill. Quando espécies distantes demonstram uma característica semelhante, é chamado de evolução convergente - e indica que a característica é definitivamente útil.

O tempo é tudo

Outra ruga na história:o primeiro fago no qual a equipe de pesquisa identificou os sítios de ligação do CtrA infecta um grupo específico de bactérias chamado Caulobacterales. Caulobacterales são um grupo de bactérias especialmente bem estudado, porque existem em duas formas:uma forma "enxameadora" que nada livremente e uma forma "perseguida" que se prende a uma superfície. Os enxames têm pili/flagelos e os talos não. Nessas bactérias, o CtrA também regula o ciclo celular, determinando se uma célula se dividirá uniformemente em mais duas do mesmo tipo de célula ou se dividirá assimetricamente para produzir uma célula enxameadora e uma célula peduncular.

Como os fagos só podem infectar células de enxame, é de seu interesse apenas sair do hospedeiro quando houver muitas células de enxame disponíveis para infectar. Geralmente, as Caulobacterales vivem em ambientes pobres em nutrientes e são muito dispersas. “Mas quando eles encontram um bom bolsão de microhabitat, eles se tornam células perseguidas e proliferam”, diz Erill, eventualmente produzindo grandes quantidades de células enxameadoras.

Então, "Nós hipotetizamos que os fagos estão monitorando os níveis de CtrA, que sobem e descem durante o ciclo de vida das células, para descobrir quando a célula do enxame está se tornando uma célula do caule e se tornando uma fábrica de enxames", diz Erill, "e nesse ponto, eles estouram a célula, porque haverá muitos enxames nas proximidades para infectar."

Ouvindo

Infelizmente, o método para provar essa hipótese é trabalhoso e extremamente difícil, de modo que não fazia parte deste último artigo – embora Erill e seus colegas esperem abordar essa questão no futuro. No entanto, a equipe de pesquisa não vê outra explicação plausível para a proliferação de sítios de ligação CtrA em tantos fagos diferentes, todos os quais exigem pili/flagelos para infectar seus hospedeiros. Ainda mais interessantes, eles observam, são as implicações para os vírus que infectam outros organismos – até mesmo humanos.

“Tudo o que sabemos sobre fagos, cada estratégia evolutiva que eles desenvolveram, demonstrou se traduzir em vírus que infectam plantas e animais”, diz ele. "É quase um dado adquirido. Então, se os fagos estão ouvindo seus hospedeiros, os vírus que afetam os humanos provavelmente farão o mesmo."

Existem alguns outros exemplos documentados de fagos monitorando seu ambiente de maneiras interessantes, mas nenhum inclui tantos fagos diferentes empregando a mesma estratégia contra tantos hospedeiros bacterianos.

Esta nova pesquisa é a "primeira demonstração de amplo escopo de que os fagos estão ouvindo o que está acontecendo na célula, neste caso, em termos de desenvolvimento celular", diz Erill. Mas mais exemplos estão a caminho, ele prevê. Os membros de seu laboratório já começaram a procurar receptores para outras moléculas reguladoras bacterianas em fagos, diz ele – e estão os encontrando.

Novas avenidas terapêuticas

A principal conclusão desta pesquisa é que "o vírus está usando a inteligência celular para tomar decisões", diz Erill, "e se está acontecendo em bactérias, é quase certo que está acontecendo em plantas e animais, porque se é uma estratégia evolutiva que faz sentido, evolução irá descobri-lo e explorá-lo."

Por exemplo, para otimizar sua estratégia de sobrevivência e replicação, um vírus animal pode querer saber em que tipo de tecido está ou quão robusta é a resposta imune do hospedeiro à sua infecção. Embora possa ser perturbador pensar em todas as informações que os vírus podem reunir e possivelmente usar para nos deixar mais doentes, essas descobertas também abrem caminhos para novas terapias.

"Se você está desenvolvendo um medicamento antiviral e sabe que o vírus está ouvindo um sinal específico, talvez possa enganar o vírus", diz Erill. Isso está a vários passos de distância, no entanto. Por enquanto, "estamos apenas começando a perceber como os vírus nos observam ativamente - como eles estão monitorando o que está acontecendo ao seu redor e tomando decisões com base nisso", diz Erill. "É fascinante." + Explorar mais

Alguns micróbios ficam à espreita até que seus hospedeiros, sem saber, lhes dêem o sinal para começar a se multiplicar e matá-los