Você tem de um a cinco quilos de bactérias vivendo dentro e fora de seu corpo agora. São cerca de 38 trilhões de bactérias, estimativa dos pesquisadores. Seu sistema imunológico tem que gerenciar todos eles, separando os insetos bons dos ruins.

"Temos um sistema imunológico incrível para manter tudo sob controle, e então lidar com bactérias patogênicas, "diz Catherine Leimkuhler Grimes, professor assistente de química e bioquímica da Universidade de Delaware. "É fantástico quando o sistema funciona, mas também horrível quando isso não acontece. "

Quando uma bactéria benéfica é erroneamente identificada como prejudicial, o ataque do sistema imunológico pode desencadear doenças inflamatórias crônicas, como asma, Doença de Crohn e outras doenças. Por que esse erro de identificação ocorre é um mistério, mas Grimes e sua equipe de pesquisa da Universidade de Delaware inventaram um novo método promissor para ajudar literalmente a iluminar o que acontece. O adiantamento é publicado em Nature Communications .

Rotulando a célula como 'jaqueta'

Agora, de volta àqueles três a cinco quilos de bactérias que carregamos ... Muito do peso vem das paredes celulares das bactérias, ou "jaquetas, "como Grimes se refere a eles. Empresa, ainda flexível, eles são compostos de peptidoglicano - um polímero em forma de malha feito de moléculas de proteína (peptídeos) e açúcar (glicano).

As bactérias rotineiramente desprendem fragmentos de sua capa de peptidoglicano. Quando o sistema imunológico interpreta mal esses fragmentos e ataca o tecido saudável, doenças inflamatórias crônicas podem surgir. Mas os cientistas não estão muito atentos a esse processo, até agora.

Durante os últimos quatro anos, Grimes e sua equipe descobriram como rotular e iluminar a espinha dorsal de açúcar da jaqueta celular - o primeiro laboratório no mundo a fazer isso.

"Queríamos fazer quimicamente um novo bloco de construção - como um Lego com triângulos no topo em vez de círculos - e então alimentar a célula com esse material, que o usaria para construir sua jaqueta sem afetar mais nada, "Grimes explicou." Assim que o rótulo foi incorporado, imaginamos que poderíamos colocar 'lanternas' nele, o que nos ajudaria a visualizar os fragmentos celulares e começar a identificar ambientes imunoestimuladores. "

Ninguém nunca havia rotulado o glicano assim dentro da bactéria antes, Grimes disse, observando que a abordagem vem do campo relativamente novo da química bioortogonal, em que as reações químicas são realizadas em um sistema vivo sem interferir nos processos naturais desse sistema. Ela continua a se maravilhar com a forma como seus alunos - tanto como cientistas individuais com pontos fortes únicos quanto como colaboradores - conseguiram superar todos os obstáculos que encontraram, mesmo quando as perspectivas de sucesso pareciam um pouco fracas.

Força da equipe

Quando a equipe encontrou um grande obstáculo no início, o doutorando Hai Liang salvou o dia, Disse Grimes. Ele tinha acabado de ler um manuscrito recente do laboratório de Christoph Mayer na Universidade de Tuebingen, Alemanha, sobre como as bactérias são recicladores naturais.

"As bactérias são muito 'verdes, "Na verdade, eles gastam muita energia para criar esse polímero - peptidoglicano - e querem seus blocos de volta", disse Liang.

Liang disse à equipe como o grupo de Mayer revelou duas enzimas de reciclagem, que Liang pensou que poderia potencialmente escoltar seu bloco de construção quimicamente modificado para dentro da célula. Mas a célula aceitaria seu bloco de construção ligeiramente peculiar com os triângulos no topo?

A estudante de doutorado Kristen DeMeester desenvolveu uma síntese para instalar a funcionalidade bioortogonal (os "triângulos") - seja um alcino ou azida - nos blocos de construção do açúcar e testou a resposta das células. As bactérias gostaram e receberam suas lanternas.

Ela também descobriu como fazer grandes quantidades de açúcares (glicano) como matéria-prima.

"Mesmo quando vai para uma corrida, Eu pensaria em como fazer esses açúcares mais rápido, "disse DeMeester." Agora posso fazer isso em uma semana, e ensino alunos de graduação como fazê-lo. "O processo dela para fazer esses compostos, e o próprio método UD, estão agora com patente pendente.

Colaboradores oferecem uma visão mais clara

Para garantir que seu método estava funcionando, Grimes credita a facilidade de espectrometria de massa da UD por ajudar a separar seus blocos de construção de peptidoglicanos das amostras de células e encontrar o fragmento que procuravam.

Jeffrey Caplan, diretor do Centro de Bioimagem da UD, treinou a equipe no microscópio de super-resolução de alta potência, com sua capacidade de imagem 3-D, para ver as lanternas que colocam na parede celular bacteriana.

"A maneira como Catherine e sua equipe estavam rotulando diretamente o que queriam ver, com quase 100 por cento de especificidade, era incrivelmente elegante e emocionante, "Caplan disse." Estávamos realmente vendo dentro das paredes das células, revelando moléculas individuais ligadas aos açúcares. "

"Sem Jeff, nossas descobertas nunca teriam acontecido, - disse Grimes. - Jeff colocou os óculos para nós.

Mas como esses fragmentos marcados afetam o sistema imunológico? Digite a colaboradora Michelle Parent, professor associado de ciências laboratoriais médicas na UD, e estudante de doutorado Ching-Wen (Sandy) Hou, que trabalha com macrófagos - células que encontram e comem corpos estranhos.

Quando você cresce células humanas, você não quer nada sujo por perto. Mas uma incubadora suja é exatamente o que Hou precisava e usava para cultivar E. coli . Depois de tratar essas células com macrófagos, ela olhou ao microscópio e pôde ver fragmentos de bactérias dentro do macrófago, junto com pedaços de peptidoglicano.

"Esperamos ver qual fragmento ativa a resposta imunológica no futuro, "Hou disse.

O novo método UD já está atraindo novos colaboradores para o laboratório Grimes. Um estudo com pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst enfoca Mycobacteria tuberculosis , que causa tuberculose, enquanto Helicobacter pylori , a bactéria que causa câncer de estômago, é o alvo de um esforço conjunto com o Fred Hutchinson Cancer Research Center em Seattle.

Um time dos sonhos

Dizer que Grimes tem orgulho de sua equipe de pesquisa seria um eufemismo.

"Ver esses alunos de pós-graduação trabalharem juntos de forma tão integrada e não deixar seus egos atrapalharem - isso é fantástico, "Grimes disse." Meus colegas em outras universidades perguntam, como você fez seus alunos trabalharem tão bem juntos? Acho que esta foi a melhor colaboração que já experimentei. "

Fazendo uma diferença positiva, através da ciência, para pessoas ao redor do mundo que sofrem de doenças inflamatórias crônicas é o objetivo final de sua equipe, Disse Grimes. Encontrar melhores terapias e curas potenciais exigirá inteligência, tenacidade e trabalho árduo. E isso não é tudo.

Se você visitar o escritório de Grimes na UD, é provável que você veja as camisetas anuais do laboratório penduradas na parede. Estampada na parte de trás da modelo de 2015 está uma frase que seu laboratório segue:"Confie em seu instinto."