Como a maioria dos organismos, as bactérias são atacadas por vírus – e sua abordagem para destruir os invasores é simplesmente cortá-los. Assim que vê um vírus, uma bactéria pode empregar uma série de estratégias imunológicas para fatiar seu genoma usando cortadores moleculares como o CRISPR-Cas, também o homônimo de uma ferramenta de laboratório popular.
Um novo estudo mostra agora que as estratégias de defesa das bactérias não funcionam isoladamente. Pesquisadores da Universidade Rockefeller descobriram que um nível surpreendente de cooperação ocorre entre o sistema CRISPR-Cas e a outra estratégia de defesa proeminente das bactérias, conhecidas como enzimas de restrição. “Muitos cientistas usaram um ou ambos os sistemas para suas pesquisas, mas não sabíamos até que ponto eles estão conectados em bactérias”, diz Luciano Marraffini, professor da família Kayden no Rockefeller e pesquisador do Howard Hughes Medical Institute. .

As descobertas, publicadas em Molecular Cell , mostram que, embora as enzimas de restrição atuem como a primeira linha de defesa, elas também preparam o material que o CRISPR-Cas precisará para atingir o vírus com precisão. "O mecanismo é uma reminiscência de nossa própria resposta imune multifacetada", diz Marraffini. “Inclui uma primeira linha de defesa temporária antes de ativar uma segunda resposta adaptativa mais robusta”.

Proteção em várias etapas

As enzimas de restrição são capazes de clivar sequências curtas de DNA, de modo que a bactéria faz uso delas assim que o vírus invade a célula bacteriana. O CRISPR-Cas, sistema mais sofisticado, vem depois. Enquanto a enzima de restrição corta o DNA viral com a grosseria de um cortador de grama, o CRISPR-Cas é como uma tesoura afiada usada por um jardineiro meticuloso. Ele corta o intruso viral com precisão imaculada, alinhando-o perfeitamente a um guia molecular visando uma sequência genética específica.

Ambos os tipos de defesas bacterianas são comumente usados ​​por biólogos cujas tarefas do dia-a-dia envolvem a manipulação de DNA para vários propósitos – como sequenciar genes, tornar as moléculas fluorescentes ou criar animais com genomas modificados. Na década de 1970, os cientistas usaram enzimas de restrição para desenvolver uma nova ferramenta chamada DNA recombinante, que tornou possível clonar e estudar genes únicos. E uma década atrás, a tecnologia baseada em CRISPR-Cas revolucionou a biociência, dando aos cientistas os meios para editar genomas dentro de células e organismos vivos.

Trabalhando com Staphylococcus aureus, Pascal Maguin, um bolsista de pós-graduação no laboratório de Marraffini, descobriu que as estratégias de corte de vírus dessa bactéria funcionam melhor juntas do que sozinhas. Quando os Staph são protegidos apenas por enzimas de restrição, suas defesas são de curta duração porque alguns dos vírus eventualmente começarão a proteger seu DNA – e depois de um tempo, mostra o estudo, as bactérias que crescem no prato começarão a diminuir. No entanto, se o Staph tiver acesso a ambos os sistemas, eles se recuperam rapidamente.

Maguin e seus colegas descobriram como os dois sistemas funcionam em conjunto – segmentos previamente cortados por enzimas de restrição ajudam a maquinaria CRISPR-Cas a gerar o guia molecular necessário para encontrar os vírus e acabar com a infecção.

"É um pouco como a vacinação", diz Marraffini. “A enzima de restrição corta pequenos pedaços do vírus que o CRISPR usará para montar uma resposta adaptativa”.

As descobertas podem não apenas nos ajudar a entender como o Staph se defende dos vírus; há uma chance de que eles também possam nos tornar mais bem equipados para nos defendermos do Staph – uma espécie notória por sua capacidade de se tornar resistente a antibióticos. No ano passado, a equipe de Marraffini descobriu que a bactéria usa seu sistema CRISPR-Cas não apenas para afastar vírus, mas também para desenvolver resistência a múltiplas drogas. Uma melhor compreensão do sistema pode um dia permitir que os cientistas o manipulem com drogas para combater infecções por Staph que não respondem a outros tratamentos.