As bactérias magnéticas possuem capacidades extraordinárias devido às nanopartículas magnéticas, os magnetossomos, que estão concatenadas dentro de suas células. Uma equipe de pesquisa da Universidade de Bayreuth transferiu agora todos os aproximadamente 30 genes responsáveis ​​pela produção dessas partículas para bactérias não magnéticas em uma ampla série de experimentos.



Isto resultou em uma série de novas cepas bacterianas que agora são capazes de produzir magnetossomos. Os resultados da pesquisa apresentados em Nanotecnologia da Natureza são inovadores para a geração de células vivas magnetizadas, que apresentam grande potencial para o desenvolvimento de métodos diagnósticos e terapêuticos inovadores em biomedicina.

Com base em extensos estudos, os investigadores identificaram inicialmente 25 espécies de proteobactérias não magnéticas – de longe o domínio mais extenso de bactérias – que são particularmente adequadas para a transferência de genes e para o estudo da formação de magnetossomas. Tanto as propriedades bioquímicas quanto a disponibilidade de sequências genéticas específicas foram fatores decisivos.

A magnetização foi bem-sucedida em sete espécies:essas bactérias produzem continuamente magnetossomos nos quais cristais de magnetita contendo ferro são encadeados de maneira semelhante à da bactéria doadora Magnetospirillum gryphiswaldense.

"Em termos de aplicações futuras na biomedicina, é particularmente promissor que duas espécies de bactérias que foram geneticamente modificadas com sucesso já sejam amplamente utilizadas na biotecnologia."

"De acordo com o estado atual da pesquisa, eles são bem compatíveis com células humanas. Isso abre novas perspectivas para uma variedade de aplicações biomédicas - por exemplo, para transporte controlado por microrobôs de ingredientes farmacêuticos ativos, para técnicas de imagem magnética, ou mesmo para otimizações da terapia contra o câncer de hipertermia", diz a primeira autora do novo estudo, Dra. Marina Dziuba, que é pesquisadora associada do grupo de pesquisa Microbiologia em Bayreuth.

Os pesquisadores de Bayreuth estudaram mais detalhadamente os magnetossomos produzidos pelas novas cepas de bactérias transgênicas e, assim, identificaram uma série de fatores que poderiam estar causalmente envolvidos na formação de magnetossomos.

A comparação entre o genoma dessas cepas e o genoma das bactérias geneticamente modificadas que não conseguiram produzir magnetossomos também levou a insights valiosos. Há muitas evidências que sugerem que a formação de magnetossomos de cepas bacterianas transgênicas está intimamente relacionada à sua capacidade de fotossintetizar ou de se envolver em processos de respiração anaeróbica independentes de oxigênio.

No geral, o novo estudo mostra que não são únicos ou alguns genes específicos que faltam às bactérias transgênicas quando são incapazes de formar magnetossomos. Em vez disso, o factor decisivo para sintetizarem magnetossomas após receberem os agrupamentos de genes estranhos é uma combinação de certas propriedades metabólicas e a capacidade de utilizar eficientemente a informação genética dos genes estranhos para produzir proteínas celulares.

"Nosso estudo mostra que mais pesquisas são necessárias para compreender detalhadamente a biossíntese dos magnetossomos, identificar barreiras à sua transferência e desenvolver estratégias para superá-las. Ao mesmo tempo, porém, nossos resultados lançam nova luz sobre os processos metabólicos que apoiam a formação de magnetossomos Portanto, eles fornecem uma estrutura para futuras investigações sobre o caminho para projetar novas cepas de bactérias magnéticas biocompatíveis adaptadas para inovações biomédicas e biotecnológicas", explica o Prof. Dirk Schüler, Presidente de Microbiologia da Universidade de Bayreuth.

Em pesquisas anteriores, a equipe de Bayreuth já havia conseguido introduzir os genes responsáveis ​​pela formação do magnetossomo da bactéria Magnetospirillum gryphiswaldense – um organismo modelo para pesquisa – no genoma de bactérias não magnéticas. Contudo, em apenas alguns casos, esta transferência genética resultou em bactérias geneticamente modificadas que, por sua vez, começaram a formar magnetossomas.

Permaneceu completamente obscuro quais fatores poderiam influenciar se as bactérias transgênicas produziam magnetossomos. Neste contexto, o estudo agora publicado, no qual também participou um parceiro de investigação da Universidade da Panónia em Veszprém/Hungria, proporciona um novo impulso importante para a magnetização direcionada de células vivas.

Mais informações: Dziuba, MV, Müller, FD., Pósfai, M. et al. Explorando a gama de hospedeiros para transferência genética da biossíntese de organelas magnéticas. Nanotecnologia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01500-5 www.nature.com/articles/s41565-023-01500-5
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade de Bayreuth