Novas Descobertas sobre Resistência Antimicrobiana e T6SS

A resistência antimicrobiana (RAM) é um problema de saúde sério no mundo todo. Em 2019, ela foi associada a quase 5 milhões de mortes. Se a gente não encontrar novas soluções, as previsões sugerem que a RAM pode causar até 10 milhões de mortes por ano até 2050. Para combater isso, criar novos tipos de antimicrobianos é super importante, mas é bem difícil fazer isso.

Um dos alvos principais para esses novos antimicrobianos é a parede celular bacteriana. Essa parede é feita principalmente de uma substância chamada Peptidoglicano (PG), que é essencial para a sobrevivência das bactérias. Encontrar novas moléculas pequenas que consigam inibir o PG tá ficando cada vez mais difícil porque tem menos opções disponíveis e a resistência tá aumentando. Porém, existem enzimas naturais criadas pelas bactérias que conseguem quebrar o PG, e essas não estão sendo totalmente usadas nos tratamentos contra a RAM.

#O Sistema de Secreção Tipo VI: Uma Arma Bacteriana

Nas bactérias Gram-negativas, tem uma ferramenta chamada sistema de secreção tipo VI (T6SS). Esse sistema permite que as bactérias injetem enzimas que quebram o PG e outras toxinas diretamente em micróbios vizinhos e até em células de leveduras e mamíferos. A estrutura do T6SS é complexa, com vários componentes. Ele tem uma estrutura tubular e uma base que ajuda a funcionar efetivamente.

Quando o T6SS é ativado, ele pode liberar um tubo em formato de lança que consegue penetrar nas células das bactérias vizinhas. Mas o dano causado por esse sistema vem mais pelas enzimas e toxinas que ele entrega do que pela penetração física em si. Vários tipos diferentes de proteínas chamadas efetores foram detectados nas bactérias Gram-negativas, e algumas delas conseguem danificar a parede celular, membranas e até o DNA.

#Blocos de Montagem das Paredes Celulares Bacterianas

A estrutura do PG inclui unidades repetidas feitas de dois açúcares, N-acetilglucosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM). Cada NAM tem um pequeno peptídeo ligado a ele. Esses peptídeos estão interconectados, formando uma rede que envolve as células bacterianas. Os efetores do T6SS que atacam o PG podem ser agrupados em dois tipos principais: os que cortam as cadeias peptídicas (amidases/endopeptidases) e os que cortam as cadeias de açúcar (glicosídeo hidrolases).

Uma enzima única, Tse4, encontrada em Acinetobacter baumannii, consegue fazer as duas coisas, mas é raro encontrar proteínas bifuncionais assim.

#Aeromonas dhakensis: Uma Ameaça à Saúde

Um patógeno comum encontrado na água é o Aeromonas dhakensis, que pode infectar tanto peixes quanto humanos, causando problemas de saúde sérios. Uma linhagem específica dessa bactéria tem um T6SS funcional que consegue liberar três proteínas antimicrobianas conhecidas. Uma dessas proteínas, TseP, já foi mostrada como ajudando o T6SS a funcionar melhor ao restaurar o fluxo de outras proteínas quando ela tá ausente. TseP tem duas partes: uma que atua como um lisossoma e outra parte que ainda não tá clara qual é a função.

Pesquisas recentes mostraram que a parte não clara do TseP, chamada TsePN, é capaz de cortar a ligação peptídica que conecta NAM e L-Ala, agindo como uma amidase. Tanto TsePN quanto a parte semelhante a lisossoma podem ser secretadas pelo T6SS, mas TsePN é crucial porque pode compensar problemas do T6SS.

#Estrutura e Função do TseP

Os pesquisadores descobriram que o TsePN tem um conteúdo de GC maior comparado ao TsePC, e proteínas semelhantes existem de forma independente em várias espécies, sugerindo um evento de fusão evolutiva. O TseP também pode ser modificado para destruir células resistentes de Bacillus subtilis Gram-positivas, dando ao T6SS a habilidade de matar essas células sem precisar de contato direto. Esse trabalho identifica uma nova classe de proteínas de dupla função e fornece novas ideias sobre como elas se desenvolveram ao longo do tempo.

#Secreção Independente dos Domínios do TseP

Para entender as partes importantes do TseP que ajudam na secreção, os cientistas criaram duas versões menores do TseP, chamadas TsePN e TsePC, e testaram elas numa linhagem que não tinha outros efetores. Os resultados mostram que tanto TseP quanto TsePN puderam ajudar a restaurar a secreção de uma proteína chamada Hcp, enquanto TsePC não conseguiu. Isso sugere que TsePN tem um papel estrutural chave.

#Papel do TseP na Montagem do T6SS

Imagens em time-lapse também confirmaram que apenas TseP e TsePN puderam ajudar na montagem do T6SS, indicando que a parte N-terminal do TseP é importante para a estrutura do T6SS.

Testes adicionais mostraram que TsePN foi secretado enquanto TsePC não foi. Isso levantou questões sobre se a falta de secreção do TsePC se devia a defeitos no T6SS. Em experimentos adicionais, TsePC foi secretado em pequenas quantidades mesmo em linhagens mutantes, sugerindo que ele pode ser secretado, mas de maneira menos eficaz.

Análises de pull-down confirmaram que tanto TsePN quanto TsePC interagem com uma proteína chamada VgrG2, que ajuda na entrega delas, destacando que ambas podem ser manipuladas de forma independente pelo T6SS.

#TsePN: Uma Amidase Especial

Ao analisar os produtos formados quando TseP age no PG, os pesquisadores encontraram dois tipos principais de produtos, indicando atividade de amidase. TsePN foi provado como responsável por essa atividade de amidase, já que outras versões não conseguiram atingir isso.

A estrutura do TsePN mostra que ele precisa de íons de zinco para sua função. Quando o zinco foi removido ou quando mutações que afetavam a ligação do zinco foram introduzidas, a atividade de amidase do TsePN foi bastante reduzida.

Os testes também mostraram que uma proteína de imunidade chamada TsiP pode inibir tanto a atividade de amidase quanto a de lisossoma do TseP, TsePN e TsePC. Isso sugere que TsiP pode neutralizar os efeitos nocivos dessas proteínas.

#Papel do TsePN na Função T6SS e de Lisossoma

Para checar se a função de amidase era necessária para a estrutura e função do T6SS, várias versões do TseP foram testadas em mutantes do T6SS. Um mutante específico manteve funções do T6SS semelhantes às do tipo selvagem, sugerindo que a atividade de amidase pode não ser necessária para a montagem do T6SS.

Testes adicionais observaram os efeitos combinados das atividades de amidase e lisossoma. Foi percebido que enquanto TseP era mais eficaz do que TsePC sozinho, as versões mutantes do TseP não apresentaram redução na função, apontando para a independência dessas duas atividades.

#Diversidade e Função dos Homólogos do TseP

Os pesquisadores descobriram que proteínas semelhantes ao TseP existem em várias bactérias Gram-negativas. Eles escolheram dois homólogos específicos para ver se também tinham funções duplas, e, de fato, mostraram atividades de amidase e lisossoma semelhantes ao TseP.

#Analisando Características Genéticas

Ao olhar para a composição genética dessas proteínas, encontraram diferenças no conteúdo de GC que sugeriam mudanças genéticas ao longo do tempo. Isso apoiou a ideia de que as partes N e C terminais do TseP podem ter vindo originalmente de proteínas separadas e que se uniram depois.

#Entendendo a Estrutura do TsePC

Para entender como o TseP age nas paredes celulares bacterianas, os pesquisadores analisaram sua estrutura através de cristalização. Descobriram que o TsePC tinha um design único que permitia funcionar de forma mais eficiente do que um lisossoma comum dos ovos de galinha.

A estrutura revelou um sulco largo que era diferente do típico sulco estreito encontrado em outros lisossomas, o que pode aumentar sua atividade enzimática. Os sítios ativos do TsePC estavam localizados perto desse sulco, apoiando sua forte atividade contra o peptidoglicano.

#Engenharia do TsePC para Atacar Bactérias Gram-positivas

Ao estudar se o TseP poderia quebrar as paredes celulares de diferentes bactérias, descobriu-se que ele não conseguia digerir efetivamente as paredes das bactérias Gram-positivas. No entanto, ao modificar certas partes do TsePC, os cientistas conseguiram aumentar sua eficácia contra essas bactérias.

Essa versão modificada do TsePC conseguiu quebrar as paredes celulares de Bacillus subtilis, demonstrando que alterar as propriedades de superfície do TsePC poderia aumentar sua atividade antimicrobiana.

#Usando o T6SS para Entregar o TsePC Modificado

Para ver se o TsePC modificado poderia ser entregue efetivamente pelo T6SS para prejudicar bactérias Gram-positivas, os testes mostraram que, embora fosse secretado em níveis mais baixos do que o TsePC original, ainda assim reduziu significativamente a sobrevivência do Bacillus subtilis quando a versão modificada foi utilizada.

Essas descobertas demonstram que o T6SS pode ser equipado com um TsePC modificado para ter a habilidade de atacar bactérias Gram-positivas sem precisar de contato direto.

#Conclusão e Direções Futuras

O T6SS é importante para a competição bacteriana, usando várias proteínas para eliminar rivais. Estudando como essas proteínas funcionam, podemos desbloquear novas fontes de opções antimicrobianas, oferecendo abordagens novas para lidar com o aumento dos problemas de RAM.

Esse estudo apresentou o TseP como um novo tipo de proteína de dupla função com atividades tanto de amidase quanto de lisossoma. Os resultados sugerem que essas proteínas podem ter evoluído juntas e ressaltam o potencial de bioengenharia para torná-las antimicrobianos mais poderosos.

No final das contas, encontrar novas maneiras de melhorar essas proteínas pode levar a melhores tratamentos para infecções bacterianas, não apenas na saúde, mas também na segurança alimentar e saúde animal. À medida que olhamos para frente, os insights obtidos dessa pesquisa abrem caminhos promissores na luta contra a resistência antimicrobiana.