Mecanismos de montagem e função do GajAB. Crédito:Biologia Estrutural e Molecular da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41594-024-01283-w Um dos muitos segredos do sucesso das bactérias é a sua capacidade de se defenderem de vírus, chamados fagos, que infectam bactérias e utilizam a sua maquinaria celular para fazer cópias de si próprios.
Os avanços tecnológicos permitiram a identificação recente das proteínas envolvidas nestes sistemas, mas os cientistas ainda estão a aprofundar-se no que essas proteínas fazem.
Em um novo estudo, uma equipe da Universidade Estadual de Ohio relatou a montagem molecular de um dos sistemas antifágicos mais comuns – da família de proteínas chamada Gabija – que se estima ser usado por pelo menos 8,5%, e até 18% de todas as espécies de bactérias da Terra.
Os investigadores descobriram que uma proteína parece ter o poder de afastar um fago, mas quando se liga a uma proteína parceira, o complexo resultante é altamente apto a cortar o genoma de um fago invasor, tornando-o incapaz de se replicar.
“Achamos que as duas proteínas precisam formar o complexo para desempenhar um papel na prevenção de fagos, mas também acreditamos que uma proteína sozinha tem alguma função anti-fago”, disse Zhangfei Shen, co-autor principal do estudo e bolsista de pós-doutorado. em química biológica e farmacologia na Faculdade de Medicina do Estado de Ohio. “O papel completo da segunda proteína precisa ser mais estudado”.
As descobertas contribuem para a compreensão científica das estratégias evolutivas dos microrganismos e poderão um dia ser traduzidas em aplicações biomédicas, dizem os investigadores.
Shen e o co-autor principal Xiaoyuan Yang, um Ph.D. estudante, trabalha no laboratório do autor sênior Tianmin Fu, professor assistente de química biológica e farmacologia na Ohio State.
O estudo foi publicado em 16 de abril na revista Nature Structural &Molecular Biology. .
Estrutura do complexo GajAB. a, b, Um mapa de densidade crio-EM (a) e diagramas de fita (b) do complexo GajAB com GajA em cores frias e GajB em cores quentes em dois planos diferentes:vista superior (esquerda) e rotação vertical (direita). c, Arquitetura de domínio do GajB. O domínio 1A está indicado em rosa, o domínio 1B em magenta, 2A em amarelo e 2B em laranja. d, e, Diagrama de fita de um protômero GajB previsto por AlphaFold (d) ou determinado por reconstrução crio-EM (e) com domínios coloridos como em c. Crédito:Biologia Estrutural e Molecular da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41594-024-01283-w
As duas proteínas que compõem este sistema de defesa são chamadas Gabija A e Gabija B, ou GajA e GajB, abreviadamente.
Os pesquisadores usaram microscopia crioeletrônica para determinar as estruturas bioquímicas de GajA e GajB individualmente e do que é chamado de complexo supramolecular, GajAB, criado quando os dois se ligam para formar um aglomerado composto por quatro moléculas de cada proteína.
Em experimentos usando a bactéria Bacillus cereus como modelo, os pesquisadores observaram a atividade do complexo na presença de fagos para entender como funciona o sistema de defesa.
Embora o GajA sozinho mostrasse sinais de atividade que poderiam desativar o DNA de um fago, o complexo formado com o GajB foi muito mais eficaz em garantir que os fagos não seriam capazes de assumir o controle da célula bacteriana.
“Essa é a parte misteriosa”, disse Yang. "O GajA por si só é suficiente para clivar o núcleo do fago, mas também forma o complexo com o GajB quando os incubamos juntos. Nossa hipótese é que o GajA reconhece a sequência genômica do fago, mas o GajB aumenta esse reconhecimento e ajuda a cortar o DNA do fago. "
O grande tamanho e a configuração alongada do complexo dificultaram a obtenção de uma imagem completa das contribuições funcionais do GajB quando ligado ao GajA, disse Shen, deixando a equipe fazer algumas suposições sobre os papéis das proteínas que ainda não foram confirmadas.
“Sabemos apenas que o GajB ajuda a melhorar a atividade do GajA, mas ainda não sabemos como funciona porque vemos apenas cerca de 50% dele no complexo”, disse Shen.
Uma de suas hipóteses é que o GajB pode influenciar o nível de concentração de uma fonte de energia, o nucleotídeo ATP (trifosfato de adenosina), no ambiente celular - especificamente, diminuindo o ATP após a detecção da presença do fago. Isso teria o duplo efeito de expandir a atividade incapacitante do DNA do fago GajA e roubar a energia que um fago precisaria para começar a replicar, disse Yang.
Há mais para aprender sobre os sistemas de defesa anti-fagos bacterianos, mas esta equipa já demonstrou que o bloqueio da replicação do vírus não é a única arma no arsenal bacteriano. Num estudo anterior, Fu, Shen, Yang e colegas descreveram uma estratégia de defesa diferente:bactérias programando a sua própria morte em vez de deixar os fagos assumirem o controlo de uma comunidade.
