Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP foi responsável pela descoberta de uma nova família de toxina bacteriana utilizada para atacar espécies competidoras. O resultado da pesquisa foi publicado na revista científica Cell Reports, sob responsabilidade da bióloga Ethel Bayer Santos, Jovem Pesquisadora do Departamento de Microbiologia do ICB. O artigo teve coautoria de duas estudantes de iniciação científica: Stephanie Sibinelli-Sousa e Julia Takuno Hespanhol.
O membro fundador dessa nova família de toxinas é a proteína Tlde1 (type VI L,D-transpeptidase effector 1), produzida pela Salmonella – bactéria que causa infecção gastrointestinal. Essa proteína é utilizada pela Salmonella para atacar a parede celular de bactérias competidoras, induzindo sua morte. “Essa toxina contribui para eliminar as bactérias competidoras presentes na microbiota intestinal, facilitando que a Salmonella tenha acesso às células do epitélio intestinal para invadir”, explica Ethel.
Na pesquisa, o grupo também descobriu o mecanismo que possibilita à proteína Tlde1 degradar a parede celular das bactérias-alvo. “Constatamos que ela ataca um dos precursores da parede celular, o que impede a competidora de sintetizar mais parede durante a divisão celular e o crescimento. Como a bactéria-alvo continua crescendo, mas agora sem uma parede celular adequadamente estruturada, a membrana celular acaba rompendo com a pressão osmótica, o que leva à morte da bactéria”, explica.
Segundo a autora, as toxinas com atividade antibacteriana têm potencial antimicrobiano, ou seja, poderão ser exploradas biotecnologicamente no futuro. “São toxinas que vêm sendo selecionadas pelas bactérias há milhares de anos com esse propósito; e nós podemos tirar vantagem disso”, afirma. No entanto, ainda existe um longo caminho pela frente até que isso ocorra. “Ao que tudo indica, a Tlde1 é uma toxina que evoluiu de uma proteína que fazia parte da ‘maquinaria’ da síntese da parede celular, mas que acabou se modificando”, conta. Por isso, o próximo passo da pesquisa é tentar descobrir por que Tlde1 deixou de ser uma enzima que constrói parede celular para se tornar uma toxina que inibe sua síntese.
Etapas da pesquisa
Todo o trabalho da pesquisa foi realizado in vitro. “Nós identificamos o gene fazendo a análise do genoma, depois expressamos a proteína recombinante, purificamos e foram feitos ensaios enzimáticos. Em resumo: induzimos a expressão dessa proteína na bactéria-alvo e verificamos que ela adquiria outra morfologia e morria”, conta. Para comprovar a ação dessa proteína em um contexto fisiológico, o grupo promoveu uma competição entre uma bactéria selvagem e outra mutante. Ao colocá-las juntas, constataram que a mutante morria ao ser intoxicada por não ter a proteína de imunidade contra Tlde1. O que não ocorreu com a selvagem. “Isso, porque toda bactéria que apresenta toxina antibacteriana tem que expressar também o que chamamos de proteína de imunidade para se proteger contra autointoxicação.”
A pesquisa teve a colaboração de outros pesquisadores. Bioinformatas do próprio ICB realizaram análises filogenéticas e um pesquisador do Instituto de Química (IQ) da USP ajudou a purificar a proteína recombinante. Da Universidade de Sheffield, no Reino Unido, veio a ajuda para realizar o ensaio enzimático que revelou a atividade bioquímica da toxina. “Nós já temos a proteína recombinante e vamos tentar resolver a sua estrutura tridimensional em colaboração com um especialista em biologia estrutural da Universidade de Birmingham, também do Reino Unido.”
Nova geração
A pesquisa teve fomento do Programa Jovem Pesquisador da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Por meio dele, foram contratadas as duas alunas de iniciação científica, que acabaram tendo um papel relevante no trabalho e por isso mereceram a coautoria no artigo. “Elas foram as primeiras alunas que recrutei e foram minhas únicas orientandas por um período, elas tiveram minha atenção exclusiva e oportunidade de realizar várias atividades no laboratório”, conta Ethel.
Na época em que a pesquisa foi iniciada, em 2018, Stephanie e Julia tinham, respectivamente, 21 e 19 anos. Ambas cursavam graduação em biologia no Instituto de Biociências (IB) da USP. Stephanie já tinha feito estágio em um laboratório, mas para Julia era a primeira experiência. “Na graduação, nós aprendemos a teoria; no laboratório, você coloca em prática. Tem que planejar experimentos, fazer pesquisa bibliográfica, integrar todas essas habilidades e informações e produzir algo novo. Eu aprendi a fazer tudo isso lá”, relata Julia.
“Eu gostei muito de fazer a minha iniciação científica com uma pesquisadora jovem, que ainda não tem muitos orientandos e pode dar mais atenção aos seus alunos. Fez uma diferença enorme. A Ethel conseguiu acompanhar todos os meus passos no laboratório, isso deu confiança para que eu construísse mais independência”, acrescenta Stephanie.
Atualmente, Stephanie está fazendo mestrado tendo Ethel como orientadora. Enquanto Julia teve sua iniciação científica prorrogada.
De Acadêmica Agência de Comunicação
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