Os cientistas revelam como uma "máquina molecular" nas células bacterianas evita a torção fatal do DNA, o que pode ser crucial no desenvolvimento de novos tratamentos com antibióticos.

A replicação do DNA é vital para todas as formas de vida, mas em alguns organismos pode ser evitado por torções na sequência de DNA, chamados de 'supercoils'. Se muitos supercoils podem se acumular, células vitais para sustentar a vida morrerão.

Uma máquina molecular, chamado DNA girase, que é encontrado em células bacterianas, mas não em células humanas, relaxa as torções para permitir que a replicação do DNA continue normalmente, mas até agora havia uma compreensão limitada de como ele faz isso em tempo real em células vivas reais.

O processo é de interesse particular para os desenvolvedores de drogas porque se o DNA girase pode ser interrompido com sucesso, pois funciona para impedir as torções que ocorrem nas células do DNA bacteriano, a bactéria morrerá e a ameaça de infecção para o hospedeiro será evitada.

Brilho amarelo

A equipe da Universidade de York, em colaboração com o John Innes Center, Oxford, e a Universidade Adam Mickiewicz, Polônia, usou um microscópio a laser especial para iluminar uma proteína fluorescente, o que faz a girase do DNA brilhar em amarelo. Isso permitiu que os cientistas vissem o interior de uma célula bacteriana e, pela primeira vez, observe como a maquinaria molecular evita torções no DNA.

Professor Mark Leake, dos Departamentos de Biologia e Física da Universidade de York, disse:"Ao usar proteínas fluorescentes modificadas, a girase de DNA pode tornar-se amarela brilhante, enquanto a maquinaria celular, que é usado para realmente replicar o DNA, pode ser rotulado com uma proteína vermelha brilhante diferente.

"Essas cores separadas podem então ser divididas em canais detectores diferentes para permitir que a localização precisa da girase do DNA seja observada em relação ao ponto exato em que a replicação do DNA está realmente ocorrendo dentro de uma única célula bacteriana viva."

Os pesquisadores descobriram que o DNA girase concentra suas atividades de relaxamento de torção bem na frente do ponto em que o DNA está sendo replicado em uma célula.

Nanoescala

O professor Leake disse:"As máquinas moleculares que realizam a replicação do DNA transportam ao longo do DNA, mas este trabalho pode resultar em pequenas torções em nanoescala de DNA que se acumulam na frente da máquina de replicação, assim como cabos emaranhados na parte de trás do seu aparelho de TV.

"Nós agora mostramos que várias dezenas de moléculas de girase de DNA se ligam ativamente a uma zona diretamente na frente da máquina de replicação e relaxam as nano-torções do DNA mais rapidamente do que a própria máquina de replicação se move ao longo do DNA.

"Eles essencialmente evitam a formação de uma 'barreira de torção', que impediria o maquinário de replicação de se mover ao longo do DNA, interromper a replicação, e matar a célula. "

Super-bugs

DNA girase é um alvo para uma série de antibióticos diferentes, mas com vários 'super-bugs' emergentes que são resistentes a antibióticos, há uma necessidade mais urgente de entender como as células bacterianas operam em tempo real.

O professor Leake disse:"Agora que sabemos como o DNA girase realmente desempenha seu papel dentro das bactérias vivas, podemos ajudar no projeto de novos tipos de drogas que podem impedir o funcionamento do DNA girase, o que permitirá que os medicamentos sejam mais direcionados e, em última análise, eliminem as infecções bacterianas perigosas em humanos.

"As células humanas têm mecanismos semelhantes para resolver as torções do DNA, mas usando diferentes máquinas moleculares, e nosso trabalho com a girase do DNA em bactérias nos dá informações valiosas sobre os mecanismos generalizados que governam a operação dessa classe de biomoléculas notáveis ​​para todos os organismos. "