Cientistas da Universidade de Groningen conseguiram incorporar um interruptor controlado por luz em uma molécula usada por bactérias para detecção de quorum - um processo pelo qual as bactérias se comunicam e subsequentemente controlam os processos celulares. Com a molécula descrita, é possível inibir ou estimular a comunicação. Isso o torna uma ferramenta muito útil para pesquisas futuras sobre a comunicação bacteriana e sua influência em diferentes vias genéticas. Os resultados foram publicados no dia 15 de abril na revista. Chem .

Para responder ao seu ambiente, as bactérias se comunicam por meio de uma forma de sinalização química chamada detecção de quorum. As células secretam uma molécula de sinal e, ao mesmo tempo, monitorar sua concentração. À medida que mais células secretam a molécula de sinal, pode exceder uma concentração limite e ativar certas vias genéticas, por exemplo, para produzir toxinas ou formar um biofilme protetor.

Interruptor sensível à luz

"Se pudéssemos influenciar a detecção de quorum, podemos usá-lo para tratar infecções graves, "diz o químico orgânico da Universidade de Groningen, Mickel Hansen." E também seria útil investigar como a detecção de quorum funciona exatamente. "Para fazer isso, seria útil ter um modulador de detecção de quorum que pudesse ser controlado externamente. É por isso que Hansen e colegas do grupo de química orgânica sintética liderado pelo professor Ben Feringa decidiram construir um interruptor sensível à luz em uma molécula usada por bactérias como um sinal para detecção de quorum.

A molécula é composta por uma cabeça e uma cauda flexível à base de carbono conectadas por meio de um ligante β-ceto-amida. O plano era incorporar um switch na cauda. "Isso significava que tínhamos que conectar a cauda modificada à cabeça por meio de uma ligação β-ceto-amida. No entanto, o processo sintético para obter esta ligação produz um intermediário muito instável, o que tornou quase impossível sintetizar a molécula. "

Biblioteca

Com base na vasta experiência do grupo de química orgânica sintética do Stratingh Institute of Chemistry da Universidade de Groningen, os pesquisadores encontraram uma solução na forma de uma nova reação de acoplamento com um intermediário estabilizado. Usando este intermediário, eles foram capazes de sintetizar derivados photoswitchable de uma maneira rápida e direta.

Hansen, junto com o aluno de mestrado Jacques Hille, produziu uma biblioteca de 16 compostos que tinham o potencial de atuar como agonistas ou antagonistas do sensor de quorum. Todos estavam equipados com um interruptor acionado por luz. Todos os compostos foram baseados em uma molécula que é usada em um sistema de detecção de quorum específico em Pseudomonas aeruginosa, que tem cerca de cinco desses sistemas de detecção de quorum. Em colaboração com biólogos moleculares do laboratório do Professor de Microbiologia Molecular Arnold Driessen, também na Universidade de Groningen, os genes para um desses sistemas foram transferidos para uma cepa repórter de E. coli, permitindo que qualquer efeito dos compostos recentemente sintetizados seja testado sem a interferência de outros mecanismos de detecção de quorum.

Produção de toxinas

Os testes de bioatividade dos compostos obtidos mostraram quais partes da molécula eram cruciais para o controle do quorum sensing. O número ideal de átomos de carbono que constituem a cauda parecia ser quatro. Girar o interruptor com luz fez com que a cauda se curvasse. Notavelmente, a cauda reta não teve efeito, enquanto a cauda curvada induziu o sinal de detecção de quorum. Hansen:"No geral, parece que pequenas mudanças na molécula podem ter um grande efeito em sua atividade, mas ainda não sabemos exatamente por quê. "

Eles encontraram um composto que foi capaz de inibir fortemente o sinal de detecção de quorum e, após irradiação com luz, levando à curvatura da cauda - também para estimulá-la fortemente. A diferença na atividade foi mais de 700 vezes, que é enorme. "Essa grande diferença tem, para nosso conhecimento, nunca foi mostrado antes para moléculas bioativas comutadas por luz. "

Esta molécula em particular será uma ferramenta muito útil para investigar como as bactérias se comunicam. "No estudo, mostramos que poderíamos controlar a luz da produção de toxinas em uma cepa de Pseudomonas com nosso modulador comutável. Esta será uma ferramenta poderosa para pesquisas clínicas e fundamentais sobre o mecanismo de detecção de quorum. "