Pesquisadores da Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) em Munique, Alemanha, caracterizaram o mecanismo físico que permite que um patógeno bacteriano disseminado adira aos tecidos de seu hospedeiro humano.

Patógenos bacterianos desenvolveram estratégias altamente eficazes que os permitem aderir a células-alvo e nichos nos tecidos de seus organismos hospedeiros. Eles até fazem uso de princípios físicos relativamente desconhecidos, como um novo estudo na revista Ciência demonstra. Em colaboração com cientistas da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Lukas Milles e o professor Hermann Gaub, da Faculdade de Física da LMU, descobriram o mecanismo que permite que a bactéria Staphyloccus epidermidis se ligue tão tenazmente aos tecidos do hospedeiro. De fato, a equipe não apenas identificou a base física para a interação, mas também caracterizou o mecanismo de aderência em detalhes sem precedentes.

Essa façanha foi possibilitada pela nova abordagem em duas frentes usada no estudo. Os pesquisadores utilizaram microscopia de força atômica para medir a força de ligação entre uma proteína de adesão estafilocócica (SdrG de Staphylococcus epidermidis) e seu ligante cognato (fibrinogênio β) no nível de uma única molécula in vitro, e calculou as contribuições de todos os átomos envolvidos na interação in silico, com a ajuda de um supercomputador especialmente poderoso. "Este paradigma inovador produz insights que antes eram inatingíveis, "Gaub aponta. A fim de dissecar o mecanismo de adesão, o supercomputador Blue Waters da Universidade de Illinois, com seus 900, 000 processadores, um dos mais avançados do mundo, realizaram simulações detalhadas de dinâmica molecular. A tenacidade da interação surpreendeu a equipe. "A força de ligação mecânica que mantém os componentes de um único complexo juntos chega a mais de 2 nanonewtons (nN). Este é um valor extraordinário para uma interação não covalente, comparável à força das ligações covalentes entre os átomos, quais são as ligações moleculares mais estáveis ​​que conhecemos, "diz Gaub.

O estudo mostra que, graças à geometria da interação, a proteína de adesão forma uma rede densa de ligações de hidrogênio não covalentes com seu ligante. Além disso, esta rede é mediada pelas ligações peptídicas que constituem a espinha dorsal da proteína, em vez das cadeias laterais variáveis ​​que diferenciam suas subunidades de aminoácidos. O grande número de interações locais envolvidas leva a um endurecimento de cada ligação de hidrogênio, o que dá origem ao que os físicos chamam de "geometria de cisalhamento cooperativa". "Este tipo de estrutura pode suportar tensões extremas, porque todos os laços individuais devem ser quebrados de uma vez para separar o complexo, "como explica Lukas Milles. O mecanismo é análogo à interação entre os muitos pequenos ganchos e laços em duas tiras de velcro, que são extremamente difíceis de separar quando puxados de extremidades opostas. “A bactéria usa um mecanismo bastante incomum, que é extremamente complexo e altamente eficaz, e dota o patógeno com uma vantagem decisiva, "diz Gaub. Uma vez que o mecanismo é baseado nas estruturas peptídicas das moléculas em interação, que é comum a todas as proteínas, este nível de estabilidade pode ser alcançado em interações com um amplo espectro de alvos. Em outras palavras, a força mecânica extremamente alta da interação é amplamente independente da sequência de aminoácidos da proteína de adesão e das propriedades bioquímicas do peptídeo alvo.

Os estafilococos são responsáveis ​​por uma ampla gama de infecções em animais e humanos. "Bactérias patogênicas se ligam a moléculas-alvo em células hospedeiras com persistência incomum, e isso tem sua base em princípios físicos. Na busca por maneiras de bloquear infecções invasivas, uma melhor compreensão dos princípios físicos envolvidos é vital, "diz Hermann Gaub. Assim, o novo estudo lança as bases para o desenvolvimento de novas terapias para o tratamento de infecções estafilocócicas.