As bactérias em geral assumem duas formas diferentes, dependendo do ambiente no qual se instalam: em sua forma livre, elas assumem uma geometria flagelar, que lhes permite uma boa e rápida locomoção no meio. Já quando aderem a alguma superfície (biológica ou não), elas adquirem grande resistência graças a sua forma em biofilme, que funciona como um forte mecanismo de proteção, permitindo que a bactéria sobreviva a mudanças bruscas de temperatura, alterações no PH e, inclusive, à ação de antibióticos, quando instalada no organismo humano.
Já há alguns anos, o docente do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) Marcos Vicente Navarro estuda as propriedades e mecanismos de formação do biofilme de bactérias. Em um desses estudos, de autoria de seu aluno de doutorado Bruno Matsuyama, descobriu-se como a molécula c-di-GMP, presente nas bactérias, regula um dos mecanismos que ela utiliza para coordenar a transição entre essas duas formas bacterianas em Pseudomonas aeruginosa, bactéria conhecida no meio hospitalar por se aproveitar de pacientes com baixa imunidade para causar infecções.
A c-di-GMP é uma molécula que regula a transição da forma livre da bactéria (flagelar) para sua forma de biofilme. “Baixas quantidades da c-di-GMP na bactéria fazem com que ela permaneça em sua forma livre, e altas concentrações dessa molécula fazem com que a bactéria fique na forma de biofilme”, explica Bruno.
O projeto de Bruno é mais diretamente voltado ao estudo da FleQ, principal proteína responsável por regular a transição da Pseudomonas aeruginosa da forma flagelar para biofilme. Mais especificamente, a FleQ regula a formação dos flagelos da bactéria, e a formação do próprio biofilme. “Descobrimos o sítio de ligação de c-di-GMP na FleQ e seu possível mecanismo de regulação. Isso é interessante, pois, até então, não se sabia como essa molécula e essa proteína interagiam, o que abre portas para identificar outros fatores de transcrição * regulados por essa molécula”, elucida o pesquisador.
Através de técnicas de cristalografia de macromoléculas, Bruno conseguiu identificar o local exato onde a FleQ se liga com a c-di-GMP, o que abre portas para se determinar outras proteínas que regulam a expressão gênica das bactérias em geral. Outra decorrência interessante do estudo foi a compreensão do mecanismo pelo qual a FleQ muda sua função. “Ao se ligar à c-di-GMP, a FleQ tem sua forma geométrica completamente alterada”, explica Bruno.
Todos os resultados descritos acima renderam uma publicação na Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States (PNAS).
Novas possibilidades de estudos e possíveis aplicações
Tendo agora descrito o mecanismo de interação entre a molécula c-di-GMP e a proteína FleQ, será possível identificar outras proteínas presentes tanto em Pseudomonas aeruginosa quanto em outras bactérias que se ligam à mesma molécula (c-di-GMP). Possíveis candidatas já foram elencadas por Bruno e Navarro. “Essas proteínas podem não estar relacionadas com a formação de biofilme ou flagelos nas bactérias. Descobrir as funções que elas desempenham é uma nova possibilidade de estudos”, conta Bruno.
Além disso, por ter sido uma molécula recém-descoberta, poucas informações se tem a respeito da c-di-GMP. “O mecanismo que propusemos [como o c-di-GMP afeta a atividade da FleQ] é algo novo, e compreendê-lo é importante por diversos motivos, inclusive para se entender os fatores de transcrição de células de bactérias em geral, já que é um mecanismo não usual para regulação da transcrição “, explica o doutorando.
Por se tratar de um estudo básico, ainda é difícil dizer quais as possíveis aplicações que ele pode render. No entanto, entender melhor o processo de transição de formas das bactérias pode auxiliar na produção de novos fármacos que atuarão no combate às mais diversas doenças causadas por elas, além de auxiliar no emprego de bactérias em processos como biorremediação para tratamento de ambientes contaminados ou na produção de produtos naturais.
Para mais informações sobre a pesquisa:
Bruno Matsuyama- brunomatsuyama@gmail.com
Marcos Vicente Navarro- mvasnavarro@ifsc.usp.br
*A transcrição é o processo de formação de uma molécula de RNA a partir de uma molécula molde de DNA. Neste processo, as fitas do DNA se separam e uma serve de molde para o RNA, enquanto a outra fica inativa. Ao fim da transcrição, as fitas que foram separadas voltam a se unir.
Imagens:
1- Níveis de c-di-GMP durante ciclo celular bacteriano. Distribuição assimétrica de c-di-GMP entre células mãe e filha afeta o comportamento da bactéria. Enquanto que as células jovens de Caulobacter crescentus são liberadas para colonizar novas regiões, as de Pseudomonas aeruginosa se mantêm fixas nos biofilmes, para garantir sua sobrevivência (Fonte: Adaptado de MILLS, E. et al. The bacterial second messenger c-di-GMP: mechanisms of signalling- disponível em http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21707905)
2- Representação do ciclo de formação do biofilme. Bactérias podem aderir à superfície de forma reversível. As células, inicialmente aderidas à uma superfície, passam a se multiplicar e a secretar uma matriz exopolissacarídica que as revestem e as protegem. Em seguida, células podem ser dispersadas do biofilme, em sua forma unicelular nadante (Fonte: Adaptado de: O’TOOLE, G.; KAPLAN, H. B.; KOLTER, R. Biofilm Formation as Microbial Development- disponível em http://dx.doi.org/10.1146/annurev.micro.54.1.49)
Assessoria de Comunicação- IFSC/USP
