A estrutura 3D nodosa na tela na frente de Rachel Green mostrava um acidente de carro intracelular nunca antes visto pelos cientistas. Também confirmou uma hipótese em que uma equipe em seu laboratório vinha trabalhando há meses.
Mas a princípio, Green não ficou tão impressionado. "É isso?" ela se lembra de pensar com ironia.

Era início de 2021, e ela estava de licença sabática, trabalhando na Universidade Ludwig Maximilian de Munique com seu amigo e colaborador, Roland Beckmann. Green, uma investigadora do Howard Hughes Medical Institute da Johns Hopkins University, contou a ele sobre um projeto em seu laboratório explorando um mistério biológico de longa data. Eles estavam tentando preencher uma lacuna importante no conhecimento dos cientistas sobre como as células bacterianas respondem a problemas de síntese de proteínas. Como as células precisam de proteínas para quase tudo o que fazem, essa resposta é crítica para o funcionamento normal.

A equipe de Green tinha uma boa ideia do que estava acontecendo, mas não tinha os instantâneos para provar isso. Beckmann, um biólogo estrutural, ficou intrigado. Usando uma técnica chamada microscopia crioeletrônica, sua equipe revelou o que acontece no local – isto é, se você soubesse o que procurar.

“Quando eles mostram uma estrutura pela primeira vez, você não pode realmente dizer o que é alguma coisa porque tudo é cinza”, diz Green. "Roland apontou para uma pequena bolha e disse:'Olha, aí está!'"

Sua equipe suspeitava que a "pequena bolha" agiu como um primeiro socorrista molecular que apareceu no acidente. As imagens de Beckmann confirmaram a identidade da molécula e apresentaram novas informações sobre como funciona essa operação de resgate, um método de controle de qualidade para bactérias. Beckmann, Green, e um grupo de cientistas em seu laboratório liderados por Allen Buskirk descreveram a pesquisa pela primeira vez em uma pré-impressão no bioRxiv.org e mais tarde na revista Nature em 9 de março de 2022. O trabalho pode oferecer pistas sobre como outros organismos mais complexos – talvez até humanos – mantêm a produção de proteínas nos trilhos.

Máquinas moleculares conhecidas como ribossomos seguem literalmente instruções codificadas em uma fita linear de material genético. À medida que viajam ao longo da fita, eles constroem uma proteína. Às vezes, porém, esta máquina funciona mal.

Pesquisas anteriores em leveduras, cujas células se assemelham às de animais, mostraram que os ribossomos param quando têm problemas. Como um carro que para de repente, um ribossomo parado pode ser atingido por aquele que está atrás dele. O laboratório de Green já havia identificado uma molécula de levedura que responde a essas colisões. Como um minúsculo Jaws of Life, a molécula libera o ribossomo paralisado. É o primeiro passo em um esforço de resgate que finalmente permite que as células recuperem e reutilizem essas valiosas máquinas de produção de proteínas.

Os ribossomos das células bacterianas também podem ficar congestionados, mas os cientistas duvidavam que as bactérias respondessem às colisões da mesma forma que as leveduras. Isso porque os pesquisadores já sabiam que as bactérias têm seu próprio método distinto para resgatar ribossomos destruídos, diz Jamie Cate, bioquímico e biólogo estrutural da Universidade da Califórnia, Berkeley, que não esteve envolvido no projeto.

Ninguém sabia exatamente o que deu início ao esforço de resgate bacteriano, mas eles esperavam que fosse algo totalmente diferente do fermento, diz Cate. Em vez disso, a nova pesquisa sugere que bactérias e leveduras iniciam esse processo da mesma maneira – convocando socorristas semelhantes a lâminas.

"O legal é que ambas as moléculas reconhecem ribossomos que colidiram entre si", diz Cate.

No laboratório de Green em Baltimore, Buskirk e o primeiro autor Kazuki Saito identificaram a primeira resposta em bactérias como uma molécula chamada SmrB e exploraram como ela realizava seu trabalho. A estrutura de Beckmann "foi a peça final do quebra-cabeça", diz Buskirk.

O grupo de Beckmann capturou as primeiras imagens de uma colisão entre dois ribossomos bacterianos e, em seguida, os codificou por cores para que seus componentes não fossem perdidos em um mar de cinzas. Depois de adicionar SmrB à amostra contendo os ribossomos, a equipe viu a molécula aparecer no centro do acidente.

Experimentos bioquímicos revelaram que SmrB, como sua contraparte de levedura, corta os ribossomos destruídos. E não apenas as duas moléculas compartilham uma descrição de trabalho, a SmrB bacteriana e sua contraparte de levedura também são parentes próximos, descobriu a equipe. Os pesquisadores ainda não conseguiram visualizar como a versão de levedura interage com os ribossomos durante uma colisão. Assim, o SmrB semelhante, mas mais simples, pode dar aos cientistas uma base para entender como o processo funciona em outros organismos.

"Todo o resto sobre esses caminhos de resgate é muito diferente", diz Green. "Não prevíamos que encontraríamos um aspecto que parece ser universal."