Tecnologia Científica

Pesquisadores rastreiam como as bactanãrias eliminam metais ta³xicos
Os pesquisadores de Cornell combinaram engenharia genanãtica, rastreamento de moléculas únicas e quantificaça£o de protea­nas para examinar mais de perto esse mecanismo e entender como ele funciona.
Por Universidade de Cornell - 29/05/2020


Escherichia coli. Crédito: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH

As bactanãrias tem uma habilidade astuta de sobreviver em ambientes hostis.

Por exemplo, por meio de uma sanãrie complicada de interações, eles podem identificar - e depois criar resistência a - produtos químicos e metais ta³xicos , como prata e cobre. As bactanãrias dependem de um mecanismo semelhante para se defender contra antibia³ticos.

Na bactanãria E. coli , a protea­na CusS do sensor da membrana interna se mobiliza de uma forma agrupada ao detectar a­ons de cobre no ambiente. O CusS recruta a protea­na reguladora da transcrição CusR e depois decompaµe o ATP para fosforilar o CusR, que então ativa a expressão gaªnica para ajudar a canãlula a se defender dos a­ons de cobre ta³xicos.

Os pesquisadores de Cornell combinaram engenharia genanãtica, rastreamento de moléculas únicas e quantificação de protea­nas para examinar mais de perto esse mecanismo e entender como ele funciona. O conhecimento pode levar ao desenvolvimento de tratamentos antibacterianos mais eficazes.

O artigo da equipe, "A mobilização de sensores induzidos por metais ativa a afinidade para ativar o regulador para desintoxicação de metais em bactanãrias vivas", publicado em 28 de maio na Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Se eu seguro uma batata quente e quero lhe dar, não quero segura¡-la antes de ligar para vocaª", disse Chen. "Eu quero que vocêesteja ao meu lado, para que eu possa imediatamente passar para vocaª. Caso contra¡rio, a batata quente fica fria. Ou estãomuito quente, então eu tenho que joga¡-la fora. Em termos qua­micos, basicamente as espanãcies decairiam ao transferir para outra coisa ".


"Esta¡vamos realmente interessados ​​no mecanismo fundamental", disse Peng Chen, professor de química Peter JW Debye na Faculdade de Artes e Ciências e autor saªnior do artigo. "O conceito mais amplo éque, uma vez que conhecemos o mecanismo, talvez possamos encontrar maneiras melhores ou alternativas de comprometer a capacidade das bactanãrias de se defenderem de produtos químicos ta³xicos. Esperamos que isso contribua para o desenvolvimento de novas maneiras de domar a resistência bacteriana a s drogas".

A resistência da bactanãria anã, na verdade, uma operação em equipe, com duas protea­nas trabalhando juntas dentro da canãlula. Uma protea­na (CusS), na membrana interna, detecta a presença do produto qua­mico ou do metal e envia um sinal para uma protea­na reguladora (CusR) no citosol ou fluido intercelular. A protea­na reguladora se liga ao DNA e ativa um gene que gera protea­nas de transporte, que eliminam a toxina da canãlula.
 
Normalmente, os cientistas analisam essas funções usando ensaios bioquímicos que removem a protea­na da canãlula. No entanto, esse processo impede que os cientistas observem as protea­nas em seu ambiente nativo, e certos detalhes, como o arranjo espacial entre as protea­nas, permanecem obscuros.

Para uma análise mais aprofundada, a equipe de Chen usou imagens de células únicas, nas quais identificaram protea­nas individuais na E. coli viva com um sinal fluorescente e criaram imagens das protea­nas uma de cada vez, acompanhando seus movimentos. O procedimento produziu milhões de imagens e, finalmente, um mapa qualitativo e minuciosamente detalhado do movimento das protea­nas.

A equipe estava especificamente interessada nas atividades das protea­nas sensoras, que vão em duas variedades - aquelas que se agrupam e as que se movem pela membrana interna. Os pesquisadores descobriram que, quando a E. coli encontra o cobre, a variedade ma³vel e flutuante das protea­nas dos sensores aumenta em número enquanto a facção agrupada éreduzida. As protea­nas sensoras mobilizadas interagem com a protea­na reguladora e iniciam uma sanãrie complexa de etapas - da ligação do cobre a  ligação e quebra do composto ATP, que eventualmente leva a  expressão do gene - que liberara¡ o metal da canãlula.

"Uma das inca³gnitas entre as etapas éem que ponto a protea­na sensor forma um complexo protea­na-protea­na com a protea­na reguladora", disse Chen. "Descobrimos que, assim que o sensor liga o cobre, ele já causa o recrutamento dessa protea­na reguladora . Isso ocorre muito, muito cedo nessa sequaªncia de eventos".

O recrutamento precoce fornece uma vantagem funcional iniciando a sequaªncia e acelerando-a rapidamente antes que a sequaªncia tenha tempo para se deteriorar. Chen compara essa estratanãgia a um jogo de batata quente.

"Se eu seguro uma batata quente e quero lhe dar, não quero segura¡-la antes de ligar para vocaª", disse Chen. "Eu quero que vocêesteja ao meu lado, para que eu possa imediatamente passar para vocaª. Caso contra¡rio, a batata quente fica fria. Ou estãomuito quente, então eu tenho que joga¡-la fora. Em termos qua­micos, basicamente as espanãcies decairiam ao transferir para outra coisa ".

 

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