Como a resistência antibacteriana continua a tornar obsoleto o uso de alguns antibióticos, alguns recorreram a vírus que matam bactérias para tratar infecções agudas, bem como algumas doenças crônicas.
Graham Hatfull, professor de Biotecnologia da Família Eberly na Escola de Artes e Ciências Kenneth P. Dietrich em Pitt, foi pioneiro no uso desses vírus – bacteriófagos, abreviados para fagos – para tratar infecções em doenças crônicas como a fibrose cística. Embora a importância da resistência possa ter escapado às primeiras descobertas dos antibióticos, Hatfull pretende entender como as bactérias se tornam resistentes aos fagos.
Seu laboratório acaba de descobrir como uma mutação específica em uma bactéria resulta em resistência do fago. Os resultados foram publicados em 23 de fevereiro, na revista Natureza Microbiologia.
A nova metodologia e ferramentas desenvolvidas por sua equipe também lhes deram a oportunidade de observar com detalhes sem precedentes como um fago ataca uma bactéria. À medida que o uso da terapia fágica se expande, essas ferramentas podem ajudar outras pessoas a entender melhor como diferentes mutações protegem as bactérias contra a invasão de seus fagos.
Para este estudo, a equipe começou com Mycobacterium smegmatis, um parente inofensivo da bactéria responsável pela tuberculose, lepra e outras doenças crônicas de difícil tratamento. Eles então isolaram uma forma mutante da bactéria que é resistente à infecção por um fago chamado Fionnbharth.
Para entender como a mutação específica no lsr2 gene ajuda essas bactérias resistentes a combater um fago, a equipe primeiro precisava entender como os fagos matavam uma bactéria sem a mutação relevante.
Carlos Guerrero-Bustamante, aluno do quarto ano do laboratório de Hatfull, modificou geneticamente dois tipos especiais de fagos para este estudo. Alguns produziram fluorescência vermelha quando entraram em uma célula bacteriana. Outros tinham segmentos de DNA que se ligavam a moléculas fluorescentes, de modo que o DNA do fago se iluminava em uma célula infectada.
Seguindo os faróis fluorescentes, “pudemos ver onde o DNA do fago entrou na célula”, disse Guerrero-Bustamante. Os métodos de imagem que eles usaram foram projetados por Charles Dulberger, um colaborador e co-autor do artigo que estava na Harvard TH Chan School of Public Health.
“Vimos pela primeira vez como os fagos dão o primeiro passo de ligação às células e injetam seu DNA nas bactérias”, disse Hatfull, que também é professor do Howard Hughes Medical Institute. “Em seguida, aplicamos essas percepções para perguntar: ‘Então, como seria diferente se nos livrarmos da proteína Lsr2?'”
A ligação entre o Lsr2 e a resistência do fago não era conhecida anteriormente, mas com seus novos métodos e ferramentas, a equipe viu claramente o papel crítico que desempenhou.
Normalmente, o Lsr2 ajuda as bactérias a replicar seu próprio DNA. Quando um fago ataca, no entanto, o vírus coopta a proteína, usando-a para replicar o DNA do fago e dominar a bactéria. Quando o gene lsr2 está ausente ou defeituoso – como no Mycobacterium smegmatis resistente a fagos – a bactéria não produz a proteína e os fagos não se replicam o suficiente para assumir o controle da célula bacteriana.
Isso foi uma surpresa.
“Não sabíamos que o Lsr2 tinha algo a ver com bacteriófagos”, disse Hatfull.
Essas novas ferramentas podem ser usadas para descobrir todos os tipos de surpresas escritas nos genes de bactérias resistentes a fagos. Também pode ajudar os pesquisadores de hoje e os médicos de amanhã a entender melhor e aproveitar as habilidades dos fagos, evitando os erros que levaram à resistência aos antibióticos.
“Este artigo enfoca apenas uma proteína bacteriana” e sua resistência a apenas um fago, disse Hatfull, mas suas implicações são amplas. “Existem muitos fagos diferentes e muitas outras proteínas.”