Nos momentos que antecederam o ataque de um curta, peptídeo peculiar, as bactérias estão crescendo alegremente, seu DNA balançando ao redor da célula nos movimentos semi-aleatórios característicos da vida.

Segundos depois, a agitação para. A vida pára.

Cerca de 100 milhões de peptídeos - pequenos pedaços de aminoácidos, as unidades básicas de proteínas - com o nome de LL-37 invadiram a célula, Onde, com fortes cargas elétricas, eles estão fortemente ligados à maquinaria que conduz a célula, imobilizando-o e matando-o.

"O DNA parece congelar em segundos, "diz James Weisshaar, um professor de química da Universidade de Wisconsin – Madison. "Esse é o evento estranho que nos fez continuar."

Novo trabalho do laboratório de Weisshaar sugere um mecanismo anteriormente desconhecido por trás da função de LL-37 e peptídeos semelhantes, que estão sendo testados em ensaios clínicos em estágio inicial para o tratamento de infecções resistentes aos antibióticos clássicos. Uma melhor compreensão de como os peptídeos antimicrobianos funcionam poderia ajudar os pesquisadores a desenvolvê-los em terapias.

Usando técnicas microscópicas avançadas, Weisshaar e seus alunos de pós-graduação Yanyu Zhu e Soni Mohapatra documentaram o poder de parada do LL-37, um peptídeo antimicrobiano produzido pelo sistema imunológico humano como uma defesa de primeira linha contra patógenos. LL-37 pertence a uma classe de peptídeos antigos que lutam contra bactérias de uma forma diferente da maioria dos outros antibióticos, um que é difícil para as bactérias resistirem. Mas o mecanismo por trás da ação do LL-37 e seus parentes tem sido difícil de definir.

Escrevendo no Anais da Academia Nacional de Ciências em janeiro, O grupo de Weisshaar revela que uma vez que LL-37 ganha entrada em uma célula bacteriana, ele prejudica rapidamente a liberdade de movimento necessária para o funcionamento do DNA e das proteínas. Os pesquisadores especulam que a grande carga elétrica positiva do LL-37 o ajuda a se ligar às moléculas com carga negativa esmagadora dentro da célula, tornando o dano permanente.

A maioria dos antibióticos são produtos químicos de pequenas moléculas que atuam interferindo em uma única proteína, que interrompe o metabolismo do patógeno. Mas o LL-37 e os antimicrobianos relacionados são diferentes. Eles são feitos de aminoácidos e são muito maiores do que outros antibióticos. E pesquisas anteriores sugeriram que eles atacam a integridade de toda a célula, em parte fazendo furos na membrana celular, eviscerando efetivamente os patógenos.

Recentemente, A equipe de Weisshaar estava estudando os efeitos do LL-37 nas células usando uma técnica ganhadora do Prêmio Nobel conhecida como microscopia de superresolução, que pode rastrear moléculas individuais em uma célula. Eles notaram que não só a proteína fazia com que o conteúdo da célula vazasse, mas também interrompeu o movimento normalmente intenso de moléculas dentro da célula.

Os pesquisadores acompanharam o movimento do DNA e dos ribossomos das células, máquinas moleculares que traduzem as instruções do DNA nas proteínas que administram a célula. Ambos congelaram momentos depois que LL-37 entrou na cela. Comprimido por LL-37, as bactérias se assemelhavam a células fixadas com formaldeído, um poderoso e permanente químico de congelamento celular.

As pistas do poder de parada do LL-37 vieram das cargas elétricas carregadas pela maioria das moléculas celulares. DNA, ribossomos e muitas proteínas têm grandes cargas negativas.

"Todas essas proteínas negativas e DNA podem deslizar umas sobre as outras, e quando eles chegam muito perto eles repelem e continuam, "diz Weisshaar. É uma espécie de lubrificação por carga elétrica.

Em contraste, LL-37 é fortemente positivo. Weisshaar e sua equipe acreditam que essas cargas opostas se atraem poderosamente dentro da célula. Com cerca de 100 milhões de cópias de LL-37 chegando a cada célula, é como jogar milhões de chaves na maquinaria da vida. Tudo pára.

Seguindo em frente, Weisshaar planeja testar essa ideia de carga elétrica alterando a carga do LL-37. Seu grupo também verá se outros peptídeos antimicrobianos, que são encontrados na árvore da vida, da mesma forma, congela as células em seu caminho. Esse conhecimento pode ajudar os cientistas em sua busca por alternativas aos antibióticos clássicos, à medida que os patógenos desenvolvem resistência a eles.

"Vamos aprender como a natureza faz isso, e talvez isso ajude a informar como projetar algo útil no hospital, "diz Weisshaar.