Partículas de toxina antibacteriana em forma de guarda-chuva flutuando em direção e envolvendo uma célula-alvo bacteriana. As toxinas são derivadas de Streptomyces e inibem potencialmente o crescimento de espécies concorrentes do mesmo gênero. Crédito:Angela Gao Os investigadores descobriram partículas de proteínas tóxicas, em forma de guarda-chuvas, que bactérias do solo conhecidas como Streptomyces segregam para reprimir os concorrentes, especialmente outros da sua própria espécie.
A descoberta das partículas da toxina guarda-chuva e informações relacionadas sobre suas estruturas, composição e modo de ação foram publicadas na Nature .
As proteínas da toxina guarda-chuva são o exemplo mais recente dos ataques variados e combativos dessas bactérias contra seus rivais microscópicos. As diversas comunidades de bactérias em que vivem são uma confusão de ataques, contra-ataques e defesas antimicrobianos.
Ironicamente, muitos antibióticos usados clinicamente são derivados diretamente ou inspirados por moléculas que as bactérias usam umas contra as outras em seu habitat natural. O armamento químico dos Streptomyces contra os seus concorrentes é uma das fontes mais ricas de tais moléculas. Entre eles está o medicamento comum estreptomicina de amplo espectro.
O que diferencia essas toxinas antibacterianas recém-detectadas é que, diferentemente dos antibióticos de moléculas pequenas dos Streptomyces, as toxinas guarda-chuva são grandes complexos compostos de múltiplas proteínas. Eles também são muito mais específicos nas bactérias que atacam.
Os autores do artigo especulam que estas propriedades das toxinas guarda-chuva explicam por que escaparam à descoberta durante mais de 100 anos de investigação sobre toxinas produzidas por Streptomyces.
Os genes que codificam toxinas guarda-chuva foram originalmente descobertos através de uma busca bioinformática por novas toxinas bacterianas. Em experiências bioquímicas e genéticas lideradas por Qinqin Zhao no laboratório de microbiologia de Joseph Mougous na Escola de Medicina da Universidade de Washington, os cientistas descobriram que estas toxinas estão associadas a outras proteínas num grande complexo.
A microscopia crioeletrônica desses complexos proteicos foi realizada por Young Park no laboratório de David Veesler, professor de bioquímica da Faculdade de Medicina da UW e investigador do Instituto Médico Howard Hughes.
Esses estudos revelaram que os complexos de toxinas isolados por Qinqin adotam uma aparência impressionante condizente com sua descoberta em Seattle. Parecem guarda-chuvas.
“A forma destas partículas é bastante peculiar, e será interessante em trabalhos futuros aprender como a sua morfologia incomum as ajuda a eliminar as bactérias alvo”, observou Mougous, professor de microbiologia na Faculdade de Medicina da UW e no Instituto Médico Howard Hughes. investigador.
Os cientistas então procuraram determinar os alvos dessas toxinas examinando seus efeitos em todos os organismos que poderiam atingir desde fungos até 140 bactérias diferentes incluindo algumas retiradas de plantas de sorgo no laboratório do autor do estudo Devin Coleman na Universidade da Califórnia- Berkeley e o Serviço de Pesquisa Agrícola do Departamento de Agricultura dos EUA.
Entre estes potenciais adversários, as toxinas visavam especificamente os seus próprios irmãos:outras espécies de Streptomyces.
"Achamos que esta especificidade extraordinária pode ser devida às proteínas que compõem os raios do guarda-chuva, que variam entre as partículas. Estas incluem proteínas que podem se fixar em açúcares específicos encontrados na superfície de bactérias concorrentes", comentou o autor do estudo, S. Brook Peterson, cientista sênior do laboratório Mougous.
Ao analisar os milhares de genomas bacterianos disponíveis publicamente, os autores do estudo, Dapeng Zhang, da Universidade de St. Louis, e seu estudante de graduação, Youngjun Tan, descobriram que muitas outras espécies de bactérias também possuem genes para fabricar toxinas de partículas guarda-chuva. Curiosamente, todas estas espécies formam filamentos ramificados, um modo incomum de crescimento entre as bactérias.
Além das muitas questões que ainda precisam ser respondidas sobre a biologia básica das partículas da toxina guarda-chuva, Mougous e seus colegas estão intrigados com suas potenciais aplicações clínicas.
Eles suspeitam que as bactérias que causam a tuberculose e a difteria podem ser sensíveis às toxinas guarda-chuva. Eles observam que essas mesmas bactérias se tornaram resistentes aos antibióticos tradicionais. As partículas da toxina guarda-chuva podem valer a pena explorar, sugeriram os cientistas, pelo seu potencial para subjugar estas bactérias causadoras de doenças graves.
