Como BteA da bactéria Bordetella causa a morte celular

Dois tipos de bactérias, Bordetella pertussis e Bordetella bronchiseptica, conseguem viver nas vias respiratórias de vários animais. Elas causam uma série de problemas respiratórios. A B. pertussis é conhecida por causar coqueluche, uma doença que costumava ser bem letal para bebês antes das vacinas serem desenvolvidas. A vacina de células inteiras contra coqueluche fez uma grande diferença na redução dos casos. Mas, desde que mudaram para uma vacina diferente, os adolescentes estão pegando coqueluche de novo. Isso pode ser devido à imunidade diminuindo nos vacinados e a nova vacina não sendo tão eficaz em provocar a resposta imune necessária para impedir a propagação da B. pertussis.

Por outro lado, a B. bronchiseptica afeta uma gama maior de animais, mas raramente deixa os humanos doentes. Pode causar problemas respiratórios leves a graves em cães e porcos. Nos cães, causa "tosse de canil", que pode se tornar séria para os filhotes. Em porcos, a B. bronchiseptica pode estar ligada a várias doenças respiratórias.

#O Papel da Morte Celular

Quando o corpo luta contra infecções, um processo chamado morte celular acontece. Isso ajuda a eliminar células infectadas e ativa uma resposta de defesa. No entanto, algumas bactérias nocivas aprenderam a usar esse processo de morte celular a seu favor, permitindo que evitem a detecção pelo sistema imunológico ou adquiram nutrientes.

Fatores diferentes influenciam como e quando a morte celular acontece, incluindo o tipo de células infectadas e o estado da infecção. Pesquisadores identificaram vários fatores na B. pertussis e na B. bronchiseptica que levam à morte celular em células hospedeiras, tornando essas bactérias mais perigosas.

Um fator significativo é um sistema especial encontrado nessas bactérias, chamado sistema de secreção tipo III (T3SS). Esse sistema permite que as bactérias injetem proteínas, como a BteA, diretamente nas células hospedeiras. A BteA é crítica para a capacidade das bactérias de persistirem nas vias respiratórias de animais, incluindo ratos, camundongos e porcos.

#BteA e Sua Estrutura

A BteA é uma proteína de 69 kDa que consiste em duas partes. A primeira parte ajuda a proteína a se ligar às membranas celulares, enquanto a segunda parte é responsável por seus efeitos tóxicos. A primeira parte se gruda em certos componentes da membrana celular. Ela tem uma forma semelhante a outras proteínas encontradas em várias toxinas bacterianas. A segunda parte não tem estruturas semelhantes conhecidas.

Quando os cientistas realizaram experimentos, descobriram que a BteA ainda podia causar danos mesmo se a primeira parte fosse removida. A morte celular causada pela BteA acontece rapidamente e de uma forma específica, separada de outras formas de morte celular. No entanto, como a BteA funciona em detalhes ainda não está claro.

#Morte Celular Induzida pela BteA

Quando os pesquisadores examinaram o que acontece com células humanas, especificamente células HeLa, após serem infectadas com B. bronchiseptica, notaram mudanças significativas. Sob um microscópio, observaram que logo após a infecção, as células começaram a mostrar sinais de estresse, como inchaço e formação de bolhas em sua superfície. Essas bolhas continuaram a crescer e não desapareceram. O núcleo da célula também encolheu, indicando que a estrutura celular estava se deteriorando.

Em células onde a BteA estava ausente, não foram observados tais problemas, confirmando que a BteA era responsável pelas mudanças destrutivas. Essas observações foram corroboradas por testes usando um corante fluorescente especial que indicava quando a membrana celular estava danificada.

Comparando os efeitos da B. bronchiseptica e da B. pertussis nas células HeLa, mostrou-se que ambas podiam desestruturar membranas celulares, mas faziam isso em velocidades diferentes. Os pesquisadores descobriram que a BteA da B. pertussis tinha um efeito menos prejudicial comparado à B. bronchiseptica, provavelmente devido a pequenas diferenças em suas estruturas.

#Investigando a Causa da Morte Celular

Para entender melhor como a BteA induz a morte celular, os pesquisadores realizaram uma triagem genética usando um método chamado CRISPR-Cas9. Usaram outro tipo de célula humana, as células HEK, que respondiam de forma semelhante à BteA e fizeram várias alterações genéticas. O objetivo era encontrar genes hospedeiros que fossem essenciais para a morte celular induzida pela BteA.

Após várias rodadas de seleção para enriquecer células resistentes, eles não encontraram genes específicos que fossem críticos para os efeitos nocivos da BteA. Essa falta de descobertas sugere que muitos caminhos nas células hospedeiras poderiam estar trabalhando juntos, dificultando a identificação de um único fator responsável pela destruição celular.

#Efeito da BteA nos Níveis de Cálcio

O cálcio desempenha um papel vital em muitos processos celulares, incluindo como as células respondem ao estresse. Dado que a BteA leva a mudanças nas células, os pesquisadores investigaram seu efeito nos níveis de cálcio dentro das células.

Quando as células HeLa foram expostas à B. bronchiseptica, eles encontraram que os níveis de cálcio dentro das células aumentaram rapidamente. Esse aumento aconteceu antes de qualquer sinal de dano na membrana celular. Além disso, quando infectaram células que não tinham BteA, não houve aumento notável nos níveis de cálcio, confirmando o papel crítico da BteA nesse processo.

Os pesquisadores usaram imagens em tempo real para acompanhar visualmente como os níveis de cálcio mudaram em tempo real. Quando a B. bronchiseptica se ligou às células, provocou um aumento rápido e sustentado no cálcio dentro das células. Esse aumento levou à formação de bolhas nas membranas celulares e à eventual morte celular.

#O Papel do Influxo de Cálcio

Um químico específico chamado 2-APB, que pode modular o fluxo de cálcio nas células, foi usado para determinar se bloquear o influxo de cálcio poderia impedir a morte celular. Quando as células HeLa foram tratadas com 2-APB, o aumento nos níveis de cálcio e o respectivo dano à membrana celular foram retardados. Isso mostra que o aumento do cálcio é um fator chave nos efeitos tóxicos da BteA.

#Fragmentação das Estruturas Celulares

O aumento nos níveis de cálcio também correlaciona com mudanças em estruturas celulares importantes. Os pesquisadores observaram que, à medida que os níveis de cálcio aumentavam, tanto o retículo endoplasmático quanto as mitocôndrias eram danificados. Essas mudanças incluíram fragmentação desses organelas, indicando que não estavam funcionando corretamente.

Quando os pesquisadores analisaram as mitocôndrias, descobriram que a BteA causava inchaço e perda de estrutura, conhecida como cristólise. Esse dano é crítico, pois as mitocôndrias desempenham um papel fundamental na produção de energia e na homeostase do cálcio.

#Disfunção Mitocondrial

Quando as mitocôndrias absorvem muito cálcio, elas podem ficar sobrecarregadas. Essa sobrecarga pode resultar na perda da capacidade das mitocôndrias de manter seu potencial de membrana, potencialmente levando à morte celular. A BteA foi considerada responsável por essa sobrecarga em células humanas, levando à falência mitocondrial.

Para investigar isso, os pesquisadores usaram um corante especial que se acumula nas mitocôndrias saudáveis. Descobriram que à medida que os níveis de cálcio induzidos pela BteA aumentavam, as mitocôndrias perdiam seu potencial de membrana, indicando que estavam se tornando disfuncionais.

#Resumo dos Achados

As injeções de BteA tanto da B. bronchiseptica quanto da B. pertussis levam a um aumento nos níveis de cálcio dentro das células hospedeiras. Esse aumento de cálcio desestabiliza as funções celulares normais e contribui para o processo geral de morte celular.

A sequência de eventos começa com o influxo de cálcio, que então afeta as mitocôndrias e outras estruturas celulares, levando, por fim, ao dano celular e à morte. Como muitos caminhos e estruturas estão envolvidos, identificar um único alvo para tratamento pode ser desafiador.

#Limitações e Direções Futuras

Embora o estudo tenha fornecido insights importantes sobre como a BteA funciona, ele se baseou principalmente em linhagens celulares de laboratório, que podem não representar totalmente como esses processos ocorrem em organismos vivos.

Pesquisas futuras são necessárias para entender melhor as interações entre a BteA e o sistema imunológico do hospedeiro, além de investigar mais outros potenciais alvos dentro das células hospedeiras. Esse conhecimento poderia ajudar a desenvolver tratamentos eficazes contra infecções causadas por essas bactérias.

#Conclusão

A Bordetella pertussis e a Bordetella bronchiseptica são dois patógenos bacterianos significativos que podem desestabilizar a função respiratória nos mamíferos. Entendendo como suas proteínas efetoras, como a BteA, interagem com as células hospedeiras, podemos obter insights sobre estratégias terapêuticas potenciais para combater seus efeitos nocivos. Os achados destacam a complexidade dos mecanismos celulares envolvidos na infecção bacteriana e a necessidade de continuar a pesquisa nessa área.