Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) usou imagens de ponta para capturar uma bomba de proteína funcionando em tempo real. As descobertas revelaram como as bactérias enviam proteínas para fora da célula, um mecanismo ligado à patogênese bacteriana e à formação de biofilme. Os sistemas de secreção bacteriana também são de interesse na biotecnologia e na medicina, pois podem ser usados ​​para entregar proteínas terapêuticas a células-alvo específicas.

As bactérias Gram-negativas são capazes de enviar proteínas através de suas membranas externas por meio de uma grande máquina molecular conhecida como sistema de secreção tipo II (T2SS). Esta bomba é composta por aproximadamente 15 componentes proteicos que funcionam juntos como uma seringa, permitindo que as bactérias enviem proteínas efetoras para o seu ambiente.

"Usando microscopia crioeletrônica, fomos capazes de visualizar esse conjunto multiproteico, chamado secretina, em nível molecular. A secretina forma o canal através do qual as proteínas efetoras são ejetadas", explicou o Dr. Daniel Depo, primeiro autor do artigo. o artigo e um pós-doutorado na OIST.

Um dos desafios da imagem de estruturas biológicas é mantê-las o mais próximo possível do seu estado nativo. Isto é especialmente importante para complexos proteicos como a secretina, que são estruturas dinâmicas que sofrem constantemente mudanças conformacionais.

"O que torna nosso estudo diferente dos anteriores é que conseguimos imagens da secretina enquanto ela funciona, em um processo chamado crio-armadilhamento", disse o Dr. Depo. “Essa abordagem nos permite capturar uma série de instantâneos ao longo das diferentes etapas do ciclo de secreção”.

Os cientistas usaram uma combinação de técnicas de imagem, incluindo crio-EM de partícula única e microscopia de força atômica de alta velocidade para capturar a estrutura e função da secretina. Os resultados revelaram como a secretina forma um canal fechado e como interage com proteínas efetoras para permitir a secreção eficiente de proteínas para fora da célula.

“O mecanismo de secreção de proteínas em bactérias gram-negativas tem sido estudado há décadas”, disse o professor James Hurley, autor sênior do artigo e chefe do Molecular Cryo-Imaging Facility do OIST. "Este processo de secreção desempenha um papel importante na forma como as bactérias interagem com o seu ambiente, causando doenças em plantas ou animais. Ao compreender os mecanismos a nível molecular, esperamos obter informações sobre novas estratégias para o desenvolvimento de medicamentos para inibir estes processos."

Esta pesquisa, publicada na Nature Communications, abre novos caminhos para a compreensão da estrutura e função do T2SS e ajudará no desenvolvimento contínuo de novas estratégias terapêuticas direcionadas à via de secreção.