Descoberta forma de ação da violaceína, pigmento que mata bactérias

Ciência básica: conhecimento deste mecanismo é primeiro passo para modificações que poderão tornar a molécula um candidato a fármaco

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Imagens de microscopia de fluorescência mostram a desorganização da membrana celular de bactérias Staphylococcus aureus tratadas com violaceína. Agora que se conhece a maneira como o produto causa a morte das células, os cientistas podem pensar em adaptações para uma possível aplicação deste pigmento como fármaco – Foto cedida pelos pesquisadores

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A todo momento, cientistas ao redor do mundo descobrem moléculas com atividade biológica. Mas nem sempre as pesquisas se aprofundam, ficando algumas moléculas com potencial de virar fármacos esquecidas pelo caminho. Um grupo de pesquisadores da USP e da Unicamp acaba de resgatar a violaceína desse limbo. Ao analisar o pigmento, que tinha sua ação bactericida conhecida há mais de 70 anos, finalmente descreveram o mecanismo que a faz mortal para bactérias: a desintegração da membrana celular.

A descoberta tem implicações diversas. Se a violaceína é capaz de atacar a membrana celular, semelhante nas células de muitos seres vivos, ela também é nociva a outros microorganismos, e pode afetar o crescimento de células tumorais, como explica Frederico J. Gueiros-Filho, professor do Instituto de Química (IQ) da USP e um dos autores do estudo publicado na revista ACS Infectious Diseases, liderado pela aluna de doutorado Ana Carolina Cauz.

É claro que isso não nos deixa perto da cura do câncer, ou de um novo superantibiótico. Mas sem estudos básicos como esse, pesquisas aplicadas não podem nem dar os primeiros passos. “Temos inúmeras moléculas com atividade biológica relatada na literatura científica, mas o desenvolvimento até se chegar a um fármaco dificilmente acontecerá antes que se saiba como elas atuam”, diz Frederico.

O pigmento violaceína tem várias atividades biológicas, agindo inclusive contra bactérias persistentes – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

A molécula

A violaceína é produzida por bactérias ambientais inofensivas ao ser humano, especialmente a Chromobacterium violaceum. O pigmento tem múltiplas atividades biológicas, sendo um potente antibacteriano, inclusive contra bactérias persistentes, que ficam em estado dormente como estratégia de resistência a antibióticos que dependem da atividade metabólica. Essas bactérias formam biofilmes para sobreviver em ambientes hostis. É o caso do Staphylococcus aureus, capaz de causar desde infecções simples, como acnes e furúnculos, até mais graves, como pneumonia e meningite.

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Ela também age contra fungos, protozoários, vírus e células tumorais, além de ser antioxidante. A pesquisa então é uma nova contribuição aos estudos que descreviam essas atividades, mas que não identificavam o alvo nem o modo de ação do produto.

O princípio, de acordo com o bioquímico, é simples: a violaceína tem afinidade pela membrana que reveste a célula, já que é lipossolúvel, ou seja, solúvel em lipídios (gorduras), que são parte da composição desta membrana. “Ela tem a solubilidade necessária para ficar inserida, embebida ali na membrana. Assim, os lipídios da membrana se afastam, a estrutura se desorganiza e a membrana se rasga. Como é a membrana que mantém o conteúdo da célula isolado do meio externo, quando ela se rompe, a célula morre”, explica Frederico.

Já se sabia que a molécula também apresenta toxicidade contra células humanas, o que atrapalhava sua candidatura a fármaco. Agora, conhecendo o mecanismo como isso se dá, é possível aos cientistas pensar em fazer modificações químicas para que ela se torne mais específica na escolha dos alvos que serão suas “vítimas”.

“Esse não é o foco de atuação do meu grupo, é um trabalho mais para pesquisadores da Farmácia. Com a informação de que a molécula também atinge o hospedeiro, eles podem pensar em fazer algo para deixá-la mais seletiva, atingindo apenas ou em mais intensidade a membrana bactérias, células tumorais, etc.”.

Ciência de parcerias

Frederico Gueiros-Filho é professor associado do Departamento de Bioquímica do IQ-USP – Foto: Cecília Bastos/USP Imagens

A ideia de estudar a violaceína surgiu a partir de um convite de colegas da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “O grupo do Marcelo Brocchi, da Unicamp, já tinha um interesse na molécula e veio me procurar para trabalharmos juntos tentando entender como ela funcionava”, relata o professor do IQ.

A primeira etapa do estudo foi tratar as bactérias Bacillus subtilis e Staphylococcus aureus com violaceína. Usando microscopia de fluorescência e um conjunto de corantes, os pesquisadores perceberam que o pigmento rompe rapidamente as membranas das células das bactérias. A constatação foi feita medindo-se o vazamento de ATP (molécula que armazena energia) para fora das células tratadas.

Depois, em colaboração com o grupo da professora Iolanda Cuccovia, também do IQ, o estudo foi aprofundado com experimentos in vitro, que permitiram atribuir diretamente ao pigmento o efeito nas células tratadas. “O grupo da professora Iolanda é especialista em produzir membranas artificiais em tubo de ensaio para estudar os mais variados aspectos e propriedades das membranas”, conta Frederico. “Nós jogamos a violaceína no tubo e verificamos que essas membranas foram ‘furadas’ também”, conta o professor.

Além disso, simulações computacionais de dinâmica molecular foram empregadas para revelar como a violaceína se insere nas camadas de lipídios que formam a membrana citoplasmática. O vídeo abaixo é uma simulação molecular 3D do que acontece na membrana da bactéria que entrou em contato com a violaceína (em verde). As moléculas em cinza com átomos coloridos nas extremidades são os fosfolipídeos que compõem a membrana. Crédito: Peter Park

Simulação computacional – Imagens: Peter Park

O artigo Violacein Targets the Cytoplasmic Membrane of Bacteria está disponível no site da publicação. A primeira autora é a aluna de doutorado Ana Carolina Cauz, que liderou o projeto, e é orientada por Marcelo Brocchi na Unicamp.

Mais informações: e-mail fgueiros@iq.usp.br, com Frederico José Gueiros Filho

Luiza Caires

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