A resistência antimicrobiana é um dos desafios globais mais urgentes para a saúde e o desenvolvimento em nossa época. Bactérias e outros patógenos estão desenvolvendo resistência aos tratamentos existentes rapidamente, tornando as infecções mais difíceis de tratar. Sem novas abordagens, pequenos incômodos hoje, como cirurgias de rotina ou mesmo um corte de papel, podem se tornar fatais amanhã. 

Agora, um grupo internacional de cientistas relata a descoberta da aminovaleramididina sintetase (AvaS), a primeira enzima dependente de fosfato de piridoxal (PLP) identificada como responsável por produzir uma modificação química ligada à forma como as bactérias respondem ao estresse metabólico. Essa descoberta lança nova luz sobre como as bactérias usam a modificação do RNA para controlar a produção de proteínas, abrindo novos caminhos para o estudo da adaptação bacteriana e para a identificação de alvos futuros e melhores estratégias para o desenvolvimento de terapias antimicrobianas. 

O trabalho foi liderado por pesquisadores do  grupo de pesquisa interdisciplinar em resistência antimicrobiana da  Aliança Singapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia (SMART AMR), juntamente com colaboradores do MIT, da Universidade Tecnológica de Nanyang em Singapura e de instituições nos Estados Unidos, Polônia e França.

“Embora muitas modificações de RNA sejam conhecidas há décadas, os pesquisadores ainda estão descobrindo a extensão total de seus papéis. A descoberta da AvaS abre um capítulo até então desconhecido na biologia do RNA e representa um importante passo adiante em nossa compreensão dos processos relevantes para a resistência antimicrobiana”, afirma o Professor Peter Dedon, co-investigador principal do SMART AMR, professor de engenharia biológica no MIT e coautor correspondente de um novo artigo sobre o trabalho. “À medida que continuamos a mapear o panorama das modificações de RNA, esperamos muitas outras descobertas com implicações significativas para doenças infecciosas, resistência antimicrobiana e biologia fundamental.”

As bactérias podem desenvolver resistência a antibióticos usando várias estratégias, muitas das quais dependem da capacidade da bactéria de regular quais proteínas são produzidas, quando são produzidas e com que precisão são produzidas — seja bombeando medicamentos para fora da célula, criando enzimas que decompõem os medicamentos ou desenvolvendo novos processos celulares para evitar o alvo dos antibióticos.

Para construir essas proteínas, as bactérias dependem de moléculas de RNA para ler as instruções genéticas e direcionar a produção de proteínas. Entre essas moléculas de RNA estão os RNAs transportadores (tRNAs), uma classe especializada de RNA que atua como um veículo de entrega molecular, carregando "adesivos" químicos para ajudar as bactérias a controlar a produção de proteínas em resposta ao estresse e a condições variáveis, como a exposição a antibióticos.

No artigo de acesso aberto “ Biossíntese de aminovaleramida dependente de fosfato de piridoxal pela AvaS no tRNA ”, publicado em 9 de setembro na  Nature Chemical Biology , os pesquisadores descreveram a descoberta da nova enzima e a identificaram como responsável pela criação de uma modificação química do tRNA conhecida como aminovaleramida citidina (ava 2 C) em  Pseudomonas aeruginosa , uma bactéria nociva responsável por uma série de infecções humanas graves, como pneumonia e sepse. Embora a ava 2 C já tivesse sido detectada em diversas bactérias e plantas, a enzima responsável por produzir essa modificação era desconhecida até então.

Utilizando a plataforma de perfilamento de modificações de RNA de alto rendimento baseada em cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS) da SMART AMR, a equipe examinou sistematicamente milhares de  mutantes de P. aeruginosa e descobriu o gene AvaS. Os pesquisadores também confirmaram a presença do gene ava2C em outros organismos, incluindo as bactérias  Acinetobacter baumannii e  Vibrio cholerae , bem como na planta  Arabidopsis thaliana .

A pesquisa revelou que a AvaS utiliza PLP, um derivado da vitamina B6, para converter uma modificação conhecida, a lisidina (k2C ) , em ava2C ; marcando a primeira vez que uma enzima dependente de PLP foi associada à modificação do tRNA. Tradicionalmente, as enzimas dependentes de PLP têm sido associadas apenas ao metabolismo de aminoácidos e vias bioquímicas relacionadas. 

Os resultados da pesquisa revelaram algumas informações importantes sobre as enzimas dependentes de PLP. Primeiro, a descoberta estabelece as enzimas dependentes de PLP como uma classe até então desconhecida de enzimas modificadoras de tRNA, ampliando os mecanismos químicos conhecidos, como metilação, tiolação e isomerização, que as bactérias utilizam para regular a produção de proteínas. Segundo, revela uma função biológica inteiramente nova para as enzimas dependentes de PLP, demonstrando que elas podem modificar diretamente o tRNA, além de seus papéis já bem estabelecidos em processos metabólicos.

A pesquisa também descobriu que a ava 2 C altera a forma como as bactérias leem os códigos genéticos, permitindo que elas produzam proteínas de forma mais rápida e eficiente, além de ajudá-las a se adaptar ao estresse metabólico e oxidativo.

“Nossa descoberta revelou, pela primeira vez, que enzimas dependentes de PLP podem modificar diretamente o tRNA, ampliando nosso conhecimento e compreensão da química de modificação do RNA”, afirma Jingjing Sun, cientista pesquisadora da SMART AMR, primeira autora e coautora correspondente do artigo. “Isso abre novos caminhos para o estudo da adaptação bacteriana e para o desenvolvimento de estratégias novas e mais eficazes para superar bactérias resistentes a medicamentos.”

Com base nessa descoberta, a equipe SMART AMR planeja investigar como a ava 2 C afeta as respostas ao estresse bacteriano e o metabolismo, além de explorar como essa modificação pode ser interrompida ou prevenida. Compreender esse processo pode revelar novas maneiras de combater bactérias nocivas e desenvolver futuras terapias antimicrobianas. Como a ava 2 C também foi observada em plantas, estudos futuros poderão explorar se outros organismos vivos utilizam ferramentas biológicas semelhantes para produzir certas modificações químicas e como a ava 2 C influencia a síntese de proteínas além das bactérias.

De forma mais ampla, este trabalho destaca a força da plataforma de epitranscriptômica pioneira da SMART AMR como um poderoso motor para a descoberta em larga escala de mais enzimas modificadoras de RNA ainda desconhecidas. Essa capacidade também pode auxiliar pesquisadores das áreas de biotecnologia e farmacêutica na busca por novos alvos terapêuticos e no desenvolvimento de tratamentos mais eficazes, especialmente considerando o crescente desenvolvimento de resistência bacteriana aos medicamentos existentes.

A pesquisa realizada no SMART é financiada pela Fundação Nacional de Pesquisa de Singapura, através do seu programa Campus para Excelência em Pesquisa e Empreendimento Tecnológico.