Elementos genéticos móveis podem suprimir inadvertidamente o sistema imunológico bacteriano, revela pesquisa
Resumo gráfico do estudo. Crédito:A recombinação independente ou dependente de RecA do DNA plasmídico gera um conflito com a imunidade EcoKI do hospedeiro ao iniciar o alívio das restrições. Os sistemas bacterianos de modificação de restrição são responsáveis por proteger as células de material genético estranho, por exemplo, bacteriófagos e plasmídeos. Os sistemas imunológicos exigem regulamentação rigorosa, pois as bactérias, como os humanos, podem ter reações autoimunes – um ataque ao seu próprio DNA.
Um grupo de pesquisa liderado por Artem Isaev, chefe do Laboratório de Análise de Metagenoma da Skoltech, estudou um dos primeiros sistemas imunológicos bacterianos descobertos, EcoKI, e descobriu que a presença de DNA plasmidial em uma célula leva à ativação do alívio de restrições, um programa de supressão imunológica integrado. Este efeito foi denominado alívio da restrição induzida por plasmídeo. Ocorre quando plasmídeos com propriedades especiais entram na célula, o que inicia um conflito com a imunidade intracelular. Os resultados são apresentados na Pesquisa de Ácidos Nucleicos Diário.
Os plasmídeos são uma forma de elementos genéticos móveis, moléculas circulares de DNA que as bactérias trocam ativamente entre si, o que leva à sua rápida disseminação pela população.
"A descoberta acabou sendo completamente inesperada para nós. Estudamos uma proteína que deveria inibir o sistema EcoKI, mas não conseguimos explicar os dados. Então adivinhamos:poderia o próprio DNA plasmídico ser responsável por suprimir a imunidade bacteriana? Ele descobriu-se que a presença de um plasmídeo, que possui elementos especiais (locais de reconhecimento EcoKI) atraiu a nuclease EcoKI para o DNA plasmidial, o que possibilitou a degradação desta proteína.
“Este programa é necessário para proteger a célula contra um ataque não intencional de nuclease ao cromossomo bacteriano, mas descobriu-se que o DNA plasmídico também pode servir como uma ‘esponja’ que atrai a nuclease EcoKI e a canaliza para a proteólise, o que desliga completamente a imunidade bacteriana. “Isso também é prejudicial para o próprio plasmídeo, uma vez que a célula se torna sensível à infecção por fagos. Assim, supomos que esse conflito ocorre involuntariamente e é simplesmente um reflexo da complexidade de diferentes mecanismos biológicos que às vezes podem interferir uns nos outros”, disse Artem. Isaev, o líder do projeto.
Placas escuras são zonas de lise de fagos. O fago é capaz de infectar células sem imunidade mesmo na oitava diluição (primeira linha). No entanto, os fagos infectam células do sistema imunológico apenas na segunda diluição (segunda linha). A imunidade bacteriana é suprimida em células com sistema de defesa e um plasmídeo causando alívio da restrição, de modo que os fagos infectam as células em uma diluição mais alta (terceira linha). Crédito:Daria Yanovskaya
As descobertas ajudaram a compreender melhor os processos de recombinação bacteriana, que permitem que uma única molécula de DNA troque fragmentos com sua cópia dentro de uma célula. A célula repara quebras de DNA no genoma bacteriano por meio de um processo de recombinação homóloga. Este processo também requer uma sequência especial chamada sítio Chi. Se este local for removido, uma quebra da fita dupla pode levar à degradação completa do plasmídeo de DNA danificado.
“Estabelecemos que, para desencadear o alívio da restrição, o plasmídeo precisa de um sítio Chi, ou seja, a capacidade de se recombinar ativamente. No entanto, sob condições especiais, se removermos os componentes celulares responsáveis pela principal via de recombinação (RecBCD e RecA proteínas), ainda podemos observar alívio das restrições.
"Isso sugere que existem vias de recombinação ocultas ou alternativas na célula bacteriana que não se manifestam na presença de RecBCD e RecA. Nosso novo sistema modelo ajudará a explorar esses mecanismos", explicaram Mikhail Skutel e Daria Yanovskaya, os principais autores do estudo, estudantes de pós-graduação do programa de Ciências da Vida da Skoltech.
