Estruturas bacterianas semelhantes a seringas em nanoescala podem ser usadas para fornecer novos medicamentos

Raspando vermes tubulares do fundo dos barcos no porto de San Diego para estudá-los, Pesquisadores da San Diego State University descobriram que uma bactéria benéfica que os ajuda a estabelecer colônias também pode ser uma bênção para a saúde humana, porque o mesmo processo pode já ocorrer no intestino humano.

Ao examinar esta bactéria que causa metamorfose no humilde verme tubular, Microbiologistas marinhos da SDSU descobriram que as estruturas em nanoescala em forma de seringa produzidas por ela - uma estrutura apelidada de Estrela da Morte pelo efeito que tem - poderiam ser usadas no futuro para fornecer novas terapêuticas ou vacinas para células-alvo e tecidos em humanos.

Vermes tubulares ( Hydroides elegans ) são minúsculas criaturas marinhas com conchas duras que causam muitos problemas e perdas econômicas para os proprietários de barcos e navios. Eles grudam no fundo dos barcos e formam camadas crocantes de centímetros de espessura, e também atraem outros invertebrados como cracas que se formam em cima deles. Este chamado 'bioincrustação' leva a peso adicional e maior consumo de combustível. Então, Todos, da Marinha dos Estados Unidos à indústria de navegação e construção de barcos, estão interessados ​​em descobrir como eles fazem isso e o que pode ser feito para evitar que isso aconteça.

A pesquisa marinha levou a uma descoberta significativa

Nicholas Shikuma com SDSU tem estudado vermes tubulares por vários anos com alunos em seu laboratório, para entender exatamente por que são atraídos para certos lugares do oceano onde estabelecem colônias.

Pesquisas anteriores feitas por outros mostraram que, como os recifes de coral, ouriços-do-mar e ascídias, os vermes tubulares também precisavam de um ambiente propício para se reproduzir, então eles normalmente gravitavam em áreas com populações saudáveis ​​de bactérias, como Pseudoalteromonas , uma bactéria benéfica. Shikuma descobriu que a bactéria tem estruturas contráteis associadas à metamorfose (MACs) - estruturas semelhantes a seringas que injetam conteúdo nas larvas dos vermes tubulares, ajudando a transformá-lo em vermes juvenis.

O que ele e outros cientistas não sabiam era se os MACs estavam injetando um produto bioquímico no verme tubular para causar metamorfose e grudar no casco dos barcos. O laboratório de Shikuma usou imagens de tomografia crioeletrônica para estudar as estruturas e encontrou matrizes de sistemas de injeção em forma de estrela da morte, que são liberados pela bactéria.

Eles descobriram que as estruturas da seringa continham uma nova proteína efetora, Mif1, que regula a atividade biológica no hospedeiro do verme tubular, e é essa proteína responsável por causar metamorfose.

Muitos patógenos produzem essas estruturas de seringa que geralmente causam doenças. Mas esta é a primeira vez que descobrimos bactérias que usam a seringa para uma finalidade simbiótica. "

Nicholas Shikuma, SDSU

Roubando seringas de fagos, mas por uma boa causa

Os MACs se assemelham a estruturas de seringas semelhantes encontradas em bacteriófagos - vírus que infectam bactérias - e com a evolução, as bactérias "roubaram" esta estrutura dos fagos, e fizeram um bom uso.

"Os fagos normalmente atacam as bactérias com essas estruturas, mas em vez de usá-lo para infectar outras bactérias, a Pseudoalteromonas agora usa para interagir com outros animais, como vermes tubulares, insetos, e células de camundongo, "Shikuma disse.

"Os MACs são criados quando as bactérias sofrem lise celular - quando as células se explodem - e as bactérias que fazem isso morrem depois, então é quase como o altruísmo porque beneficia o resto da população bacteriana. "

Nem toda bactéria nesta cepa produz os MACs, apenas cerca de um em 50 o faz, mas como podemos produzir trilhões dessas bactérias, o suprimento não será um problema e mais deles podem ser projetados para produzir MACs, ele explicou.

Os resultados serão publicados em 17 de setembro em eLife Diário, e seguir os passos de uma publicação recente do laboratório de Shikuma que foi publicada em Relatórios de Célula em junho deste ano, que examinou como essa bactéria interage in vitro com células de insetos e camundongos. Esse artigo mostrou como as estruturas da seringa microscópica podem ser modificadas com cargas úteis que podem potencialmente transportar terapêuticas ou vacinas.

Shikuma obteve uma patente provisória para as descobertas em ambos os artigos, sobre o uso de MACs para entregar proteínas modificadas. Como uma próxima etapa, a pesquisa atual em seu laboratório envolve a mineração de dados do Projeto Microbioma Humano para ver se nós, humanos, temos essa mesma estrutura de seringa bacteriana em nossos intestinos que pode ser aproveitada para fins terapêuticos.

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