O veneno de insetos como vespas e abelhas está cheio de compostos que podem matar bactérias. Infelizmente, muitos desses compostos também são tóxicos para os humanos, tornando impossível usá-los como drogas antibióticas.

Depois de realizar um estudo sistemático das propriedades antimicrobianas de uma toxina normalmente encontrada em uma vespa sul-americana, pesquisadores do MIT criaram variantes do peptídeo que são potentes contra bactérias, mas não tóxicas para as células humanas.

Em um estudo com ratos, os pesquisadores descobriram que seu peptídeo mais forte poderia eliminar completamente Pseudomonas aeruginosa , uma cepa de bactéria que causa infecções respiratórias e outras infecções e é resistente à maioria dos antibióticos.

"Nós adaptamos uma molécula tóxica a uma molécula viável para o tratamento de infecções, "diz Cesar de la Fuente-Nunez, um pós-doutorado no MIT. "Ao analisar sistematicamente a estrutura e função desses peptídeos, conseguimos ajustar suas propriedades e atividades. "

De la Fuente-Nunez é um dos autores seniores do artigo, que aparece na edição de 7 de dezembro da revista Nature Communications Biology . Timothy Lu, um professor associado do MIT de engenharia elétrica e ciência da computação e de engenharia biológica, e Vani Oliveira, um professor associado da Universidade Federal do ABC no Brasil, também são autores seniores. O autor principal do artigo é Marcelo Der Torossian Torres, um ex-aluno visitante no MIT.

Variantes peçonhentas

Como parte de suas defesas imunológicas, muitos organismos, incluindo humanos, produzem peptídeos que podem matar bactérias. Para ajudar a combater o surgimento de bactérias resistentes a antibióticos, muitos cientistas têm tentado adaptar esses peptídeos como novos fármacos em potencial.

O peptídeo que de la Fuente-Nunez e seus colegas focaram neste estudo foi isolado de uma vespa conhecida como Polybia paulista. Este peptídeo é pequeno o suficiente - apenas 12 aminoácidos - que os pesquisadores acreditaram que seria viável criar algumas variantes do peptídeo e testá-las para ver se elas poderiam se tornar mais potentes contra micróbios e menos prejudiciais aos humanos.

"É um peptídeo pequeno o suficiente para que você tente transformar o máximo possível de resíduos de aminoácidos para tentar descobrir como cada bloco de construção está contribuindo para a atividade antimicrobiana e a toxicidade, "de la Fuente-Nunez diz.

Como muitos outros peptídeos antimicrobianos, acredita-se que esse peptídeo derivado do veneno mata micróbios ao romper as membranas das células bacterianas. O peptídeo tem uma estrutura alfa helicoidal, que é conhecido por interagir fortemente com as membranas celulares.

Na primeira fase de seu estudo, os pesquisadores criaram algumas dezenas de variantes do peptídeo original e, em seguida, mediram como essas mudanças afetaram a estrutura helicoidal dos peptídeos e sua hidrofobicidade, o que também ajuda a determinar o quão bem os peptídeos interagem com as membranas. Eles então testaram esses peptídeos contra sete cepas de bactérias e duas de fungos, possibilitando correlacionar sua estrutura e propriedades físico-químicas com sua potência antimicrobiana.

Com base nas relações estrutura-função que eles identificaram, os pesquisadores então projetaram outras dezenas de peptídeos para testes adicionais. Eles foram capazes de identificar as porcentagens ideais de aminoácidos hidrofóbicos e aminoácidos carregados positivamente, e também identificaram um grupo de aminoácidos onde qualquer mudança prejudicaria a função geral da molécula.

Combatendo a infecção

Para medir a toxicidade dos peptídeos, os pesquisadores os expuseram a células renais embrionárias humanas cultivadas em uma placa de laboratório. Eles selecionaram os compostos mais promissores para testar em camundongos infectados com Pseudomonas aeruginosa , uma fonte comum de infecções do trato respiratório e urinário, e descobriram que vários dos peptídeos podem reduzir a infecção. Um deles, administrado em uma dose alta, poderia eliminá-lo completamente.

"Depois de quatro dias, esse composto pode limpar completamente a infecção, e isso foi bastante surpreendente e emocionante porque normalmente não vemos isso com outros antimicrobianos experimentais ou outros antibióticos que testamos no passado com este modelo de camundongo específico, "de la Fuente-Nunez diz.

Os pesquisadores começaram a criar variantes adicionais que eles esperam poder eliminar infecções em doses mais baixas. De la Fuente-Nunez também planeja aplicar esta abordagem a outros tipos de peptídeos antimicrobianos de ocorrência natural quando ele entrar para o corpo docente da Universidade da Pensilvânia no próximo ano.

"Acho que alguns dos princípios que aprendemos aqui podem ser aplicáveis ​​a outros peptídeos semelhantes que são derivados da natureza, "ele diz." Coisas como helicidade e hidrofobicidade são muito importantes para muitas dessas moléculas, e algumas das regras que aprendemos aqui podem definitivamente ser extrapoladas. "