Um estudo recente no Jornal de Química Biológica revelou o segredo por trás de uma maravilha evolutiva: um bacteriófago com uma cauda extremamente longa. Esta cauda extraordinária faz parte de um bacteriófago que vive em fontes termais inóspitas e se alimenta de algumas das bactérias mais resistentes do planeta.
Bacteriófagos são um grupo de vírus que infectam e se replicam em bactérias e são as coisas mais comuns e diversas na Terra.
“Bacteriófagos, ou fagos para abreviar, estão em todos os lugares onde as bactérias estão, incluindo a sujeira e a água ao seu redor e também no ecossistema microbiano do seu próprio corpo”, disse Emily Agnello, estudante de pós-graduação da Chan Medical School da Universidade de Massachusetts e principal autor sobre o estudo.
Ao contrário de muitos dos vírus que infectam humanos e animais que contêm apenas um compartimento, os fagos consistem em uma cauda ligada a uma casca de proteína pontiaguda e semelhante a um prisma que contém seu DNA.
Caudas de fago, como penteados, variam em comprimento e estilo; alguns são longos e saltitantes, enquanto outros são curtos e rígidos. Enquanto a maioria dos fagos tem caudas curtas e microscópicas, o “bacteriófago Rapunzel” P74-26 tem uma cauda 10 vezes mais longa que a maioria e tem quase 1 micrômetro de comprimento, aproximadamente a largura da seda de alguma aranha. O apelido de “Rapunzel” é derivado do conto de fadas em que uma garota com cabelos extremamente longos foi trancada em uma torre por uma bruxa malvada.
Brian Kelch, professor associado de bioquímica e biotecnologia molecular na UMass Chan, que supervisionou o trabalho, descreveu o P74-26 como tendo uma “cauda monstruosa”.
As caudas dos fagos são importantes para perfurar as bactérias, que são revestidas por uma substância densa e viscosa. A cauda longa do P74-26 permite que ele invada e infecte as bactérias mais resistentes. O P74-26 não apenas tem uma cauda extremamente longa, mas também é o fago mais estável, permitindo que ele exista e infecte bactérias que vivem em fontes termais que podem atingir mais de 170° F. Os pesquisadores têm estudado P74-26 para descubra por que e como ele pode existir em ambientes tão extremos.
Para trabalhar com um fago que prospera em temperaturas tão altas, Agnello teve que ajustar as condições de seus experimentos para persuadir a cauda do fago a se montar em um tubo de ensaio. Kelch disse que Agnello criou um sistema com o qual ela poderia induzir a automontagem rápida da cauda.
“Cada cauda de fago é composta de muitos pequenos blocos de construção que se juntam para formar um tubo longo. Nossa pesquisa descobriu que esses blocos de construção podem mudar de forma ou conformação conforme se juntam”, disse Agnello. “Esse comportamento de mudança de forma é importante para permitir que os blocos de construção se encaixem e formem a estrutura correta do tubo traseiro”.
Os pesquisadores usaram técnicas de imagem de alta potência, bem como simulações de computador, e descobriram que os blocos de construção da cauda se apoiam uns nos outros para se estabilizar.
“Usamos uma técnica chamada microscopia crioeletrônica, que é um enorme microscópio que nos permite tirar milhares de imagens e filmes curtos com uma ampliação muito alta”, explicou Agnello. “Ao tirar muitas fotos dos tubos da cauda do fago e empilhá-las, conseguimos descobrir exatamente como os blocos de construção se encaixam”.
Eles descobriram que o P74-26 usa um mecanismo de “bola e soquete” para se fortalecer. Além disso, a cauda é formada pelo empilhamento vertical de anéis de moléculas que formam um canal oco.
“Gosto de pensar nesses blocos de construção de fagos como uma espécie de Lego”, disse Kelch. “O Lego tem pinos de um lado e os orifícios ou soquetes do outro.”
Ele acrescentou: “Imagine um Lego onde os soquetes começam fechados. Mas quando você começa a construir com os Legos, os soquetes começam a se abrir para permitir que os pinos de outros Legos construam uma montagem maior. esses blocos de construção de fagos auto-regulam sua montagem.”
Kelch apontou que, em comparação com a maioria dos fagos, o P74-26 usa metade do número de blocos de construção para formar anéis de empilhamento que compõem a cauda.
“Achamos que o que aconteceu é que algum vírus antigo fundiu seus blocos de construção em uma proteína. Imagine dois pequenos tijolos de Lego fundidos em um grande tijolo sem emendas. Essa longa cauda é construída com blocos de construção maiores e mais resistentes”, explicou Kelch. “Achamos que isso poderia estar estabilizando a cauda em altas temperaturas”.
Os pesquisadores agora planejam usar a manipulação genética para alterar o comprimento da cauda do fago e ver como isso muda seu comportamento.
Os fagos ocupam quase todos os cantos do globo e são importantes para uma variedade de indústrias, como saúde, conservação ambiental e segurança alimentar. Na verdade, fagos de cauda longa como P74-26 foram usados em ensaios clínicos preliminares para tratar certas infecções bacterianas.
“Os bacteriófagos estão ganhando cada vez mais interesse como uma alternativa aos antibióticos para o tratamento de infecções bacterianas”, disse Agnello. “Ao estudar a montagem de fagos, podemos entender melhor como esses vírus interagem com bactérias, o que pode levar ao desenvolvimento de terapias baseadas em fagos mais eficazes. ainda nem imagino.”