Cientistas imperiais descobriram como os bacteriófagos são capazes de sequestrar outros vírus para invadir células bacterianas e se espalhar, por meio de um ato de pirataria microbiana que poderia ser potencialmente aproveitado para fins medicinais.

A descoberta, publicada na revista Cell , revela uma importante via pela qual as bactérias conseguem adquirir novo material genético, incluindo características que podem torná-las mais virulentas ou mais resistentes a antibióticos. Os pesquisadores acreditam que isso também pode abrir caminho para novas maneiras de combater a ameaça global da resistência antimicrobiana (RAM) e desenvolver ferramentas de diagnóstico rápido.

Fagos (ou bacteriófagos) são vírus que infectam e matam bactérias. Estão entre os organismos mais abundantes da Terra e costumam ser altamente específicos, cada um adaptado para atacar apenas uma espécie bacteriana. Estruturalmente, assemelham-se a seringas microscópicas: com uma seção da "cabeça" repleta de DNA e uma seção da cauda com fibras pontiagudas que se prendem às bactérias e injetam sua carga genética.

Mas os fagos em si não estão a salvo de parasitas. Eles podem ser alvos de pequenos elementos genéticos conhecidos como satélites de fagos, que sequestram a própria maquinaria genética do fago para se propagar.

No estudo mais recente, pesquisadores do Imperial College se concentraram em uma poderosa família de fagos satélites, denominadas ilhas cromossômicas induzíveis por fagos formadoras de capsídeos (cf-PICIs). Esses elementos genéticos podem disseminar genes de resistência a antibióticos e virulência, e são encontrados em mais de 200 espécies bacterianas. No entanto, não estava claro como exatamente eles conseguiram se mover com tanta eficiência.

Descobertos pela equipe em 2023, os cf-PICIs podem construir seus próprios capsídeos (as "cabeças" virais), mas não possuem caudas, o que significa que, por si só, produzem partículas não infecciosas – ou seja, não são capazes de infectar fagos. Em seu trabalho mais recente, pesquisadores do Centro de Biologia da Resistência Bacteriana do Imperial College descobriram a peça que faltava no quebra-cabeça: os cf-PICIs sequestram caudas de fagos não relacionados, criando vírus híbridos "quiméricos". O resultado é um fago quimérico carregando DNA cf-PICI dentro de seus próprios capsídeos, mas com uma cauda derivada do fago anexada.

Crucialmente, alguns cf-PICIs podem sequestrar caudas de espécies de fagos completamente diferentes, ampliando efetivamente sua gama de hospedeiros. Como a cauda decide quais bactérias são alvos, essa pirataria dá aos cf-PICIs a capacidade de se infiltrar em novas espécies bacterianas, explicando sua grande abundância na natureza.

Segundo os pesquisadores, as implicações podem ser importantes para a ciência. Ao compreender e aproveitar essa pirataria molecular, os pesquisadores acreditam que poderão reprojetar satélites para atingir bactérias resistentes a antibióticos, superar defesas bacterianas persistentes, como biofilmes, e até mesmo desenvolver novas e poderosas ferramentas de diagnóstico.

“Esses satélites piratas não nos ensinam apenas como as bactérias compartilham características perigosas”, explica o Dr. Tiago Dias da Costa, do Departamento de Ciências Biológicas do Imperial College London. “Eles podem inspirar terapias e testes de última geração para superar algumas das infecções mais difíceis que enfrentamos.”

A equipe Imperial registrou patentes com sucesso para desenvolver ainda mais o trabalho e espera começar a testar as aplicações translacionais da tecnologia.

O professor José Penades, do Departamento de Doenças Infecciosas do Imperial College, disse: “Nosso trabalho inicial identificou esses elementos genéticos estranhos, onde descobrimos que eles são efetivamente um parasita de um parasita. Agora sabemos que esses elementos genéticos móveis formam capsídeos que podem trocar 'caudas' retiradas de outros fagos para obter seu próprio DNA em uma célula hospedeira. É uma peculiaridade engenhosa da biologia evolutiva, mas também nos ensina mais sobre como os genes de resistência a antibióticos podem ser disseminados por meio de um processo chamado transdução.”

O Dr. Dias da Costa acrescentou: “Este trabalho experimental lança mais luz sobre um método crucial de transferência genética em bactérias. Se conseguirmos aproveitar e projetar cf-PICIs, isso poderá nos fornecer uma nova ferramenta valiosa no combate à resistência antimicrobiana.”

Em um projeto vinculado, coordenado pela Fleming Initiative — uma parceria entre o Imperial College London e o Imperial College Healthcare NHS Trust — pesquisadores usaram seu trabalho experimental para validar uma plataforma de IA inovadora desenvolvida pelo Google.

Apelidada de "cocientista" , a plataforma foi projetada para ajudar cientistas a desenvolver experimentos mais inteligentes e acelerar descobertas.

Para testar a plataforma, a equipe Imperial levantou as mesmas questões científicas básicas que impulsionaram seu próprio trabalho: como os cf-PICIs se espalham por tantas espécies bacterianas?

Munida desse ponto de partida e com base em pesquisas na web, artigos de pesquisa e bancos de dados, a IA gerou hipóteses de forma independente que refletiam as próprias ideias comprovadas experimentalmente pela equipe — apontando efetivamente para os mesmos experimentos que levaram anos de trabalho para serem estabelecidos, mas que foram feitos em questão de dias.

Os pesquisadores afirmam que isso demonstra o extraordinário potencial dos sistemas de IA para "turbinar a ciência", não substituindo a percepção humana, mas acelerando-a. Eles agora estão trabalhando com o Google para desenvolver ainda mais a plataforma e explorar como ela pode transformar o ritmo da pesquisa biomédica.

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