Sistema CRISPR-Cas em Streptococcus anginosus: Um Ato de Equilíbrio

Organismos procariontes, como as bactérias, desenvolveram maneiras de se proteger de infecções causadas por vírus chamados bacteriófagos, além de outros materiais genéticos indesejados. Um dos sistemas principais que eles usam para isso é conhecido como CRISPR. Esse sistema consiste em um conjunto de genes e sequências que ajudam as bactérias a se adaptar a novas infecções, armazenando pedaços de DNA de invasores anteriores.

#O que é CRISPR?

CRISPR significa Replicações Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Espaçadas. Inclui genes especiais e uma série de sequências únicas chamadas espaçadores. Esses espaçadores são pedaços de DNA retirados de atacantes passados, que permitem que as bactérias reconheçam e defendam contra ameaças semelhantes no futuro. Quando ocorre uma nova infecção, as bactérias podem adicionar novas sequências de espaçadores ao seu array de CRISPR, garantindo que possam responder de forma eficaz.

O sistema CRISPR funciona produzindo pequenas moléculas de RNA chamadas crRNAs a partir das sequências de espaçadores. Esses crRNAs formam parcerias com proteínas conhecidas como proteínas Cas. Juntas, elas identificam e cortam sequências de DNA específicas de vírus invasores ou elementos genéticos, neutralizando essencialmente a ameaça.

Os sistemas CRISPR-Cas são classificados em duas classes principais, que incluem vários tipos. Os sistemas da Classe 1 têm várias subunidades de proteínas, enquanto os sistemas da Classe 2 consistem em apenas uma proteína importante, geralmente a Cas9. Essa simplicidade fez com que a Cas9 fosse amplamente utilizada em pesquisa e engenharia genética.

Apesar dos benefícios, os sistemas CRISPR-Cas só são encontrados em cerca de metade das amostras de bactérias. As razões para a ausência desse sistema em muitas cepas, incluindo algumas espécies, continuam obscuras.

#Além da Defesa: Outros Papéis do CRISPR-Cas

Nos últimos anos, cientistas descobriram que os sistemas CRISPR-Cas fazem mais do que apenas defender as bactérias contra invasores. Eles também parecem desempenhar um papel em várias funções relacionadas à vida bacteriana, como reparar DNA danificado, regular a expressão gênica e influenciar a força bacteriana e a capacidade de resistir ao estresse.

Quando as bactérias enfrentam estresse do ambiente, seus sistemas CRISPR-Cas podem ser ativados. Essa ativação ajuda a proteger as células bacterianas de danos causados por estressores como calor ou substâncias nocivas. Diferentes bactérias enfrentam vários estressores quando vivem em habitats diversos, incluindo os dentro do corpo humano.

#Streptococcus anginosus: Um Estudo de Caso

Uma bactéria específica, Streptococcus anginosus, é comumente encontrada em várias partes do corpo humano, como a boca e os tratos digestivo e urinário. Enquanto geralmente existe como uma parte inofensiva do nosso microbioma, também tem sido associada a infecções e doenças graves.

Recentemente, o papel da S. anginosus em infecções ganhou atenção, pois tem sido cada vez mais identificada em vários tipos de infecções. Essa bactéria é frequentemente encontrada em abscessos e tem sido ligada a condições como infecções pulmonares e até câncer de estômago. Isso destaca sua importância como um patógeno emergente.

Pesquisas anteriores mostraram que existem diferentes sistemas CRISPR-Cas na S. anginosus e que certos genes relacionados a danos celulares estão ligados à presença desses sistemas. Nesse contexto, a pesquisa se concentrou em como o sistema CRISPR-Cas na S. anginosus responde ao estresse.

#Investigando o Sistema CRISPR-Cas na S. anginosus

Os pesquisadores queriam investigar como o sistema CRISPR-Cas na S. anginosus funciona, especialmente em relação à resistência ao estresse. Para isso, eles criaram várias cepas Mutantes de S. anginosus. Algumas dessas cepas tinham partes importantes do sistema CRISPR-Cas deletadas ou alteradas.

Uma das principais cepas estudadas foi a S. anginosus SK52, que contém a proteína Cas9 como parte do seu sistema CRISPR-Cas. Os pesquisadores criaram diferentes mutantes, como uma cepa sem a Cas9, uma cepa sem o array CRISPR inteiro e uma cepa com o gene da Cas9 adicionado de volta. Ao estudar essas diferentes cepas, eles pretendiam entender como o CRISPR-Cas impacta a resposta ao estresse e a sobrevivência geral da bactéria.

Para avaliar o quanto o sistema CRISPR-Cas funcionava bem, os pesquisadores realizaram testes envolvendo a introdução de Plasmídeos, que são pequenos pedaços circulares de DNA. Eles desenvolveram plasmídeos que carregavam sequências de espaçadores específicas encontradas na S. anginosus. Esse experimento tinha como objetivo ver se a presença das sequências corretas poderia impedir que as bactérias aceitassem novos plasmídeos, indicando uma interferência ativa do CRISPR-Cas.

#Resultados dos Experimentos

Os experimentos mostraram que o sistema CRISPR-Cas na S. anginosus SK52 era de fato funcional. Quando as sequências-alvo corretas estavam presentes, as bactérias não conseguiam absorver novos plasmídeos, indicando que o sistema CRISPR-Cas estava agindo ativamente para impedir a entrada de DNA estrangeiro.

Em seguida, os pesquisadores examinaram a expressão da proteína Cas9 durante diferentes fases de crescimento e sob várias condições de estresse. Infelizmente, eles não encontraram um aumento significativo nos níveis de Cas9 quando as bactérias foram expostas a estressores como antibióticos ou calor, sugerindo que os níveis de Cas9 permaneceram constantes, independentemente das condições ambientais.

#Resposta ao Estresse e Sobrevivência

Para avaliar a resposta ao estresse da S. anginosus SK52 e suas mutantes, os pesquisadores expuseram as bactérias a uma variedade de estressores, incluindo luz UV, peróxido de hidrogênio e altas temperaturas. Surpreendentemente, eles descobriram que as cepas que carregavam a proteína Cas9 tinham taxas de sobrevivência mais baixas sob essas condições de estresse.

Por exemplo, a cepa sem a proteína Cas9 sobreviveu à exposição UV significativamente melhor do que a cepa selvagem. Esse padrão também foi observado sob outras condições de estresse, sugerindo que a expressão da Cas9 pode realmente dificultar a capacidade das bactérias de lidar com o estresse.

Testes adicionais mostraram que as cepas de S. anginosus que não tinham Cas9 apresentaram uma taxa de sobrevivência maior quando expostas ao estresse oxidativo do peróxido de hidrogênio ou calor extremo. Isso levou os pesquisadores a propor que carregar a proteína Cas9 poderia ter um custo, impactando a resistência ao estresse da bactéria.

#Crescimento e Atividade Metabólica

Além da resposta ao estresse, os pesquisadores investigaram como a presença ou ausência da proteína Cas9 afetava o crescimento. Eles monitoraram as taxas de crescimento de diferentes cepas de S. anginosus ao longo do tempo e observaram que as mutantes sem Cas9 cresceram mais rápido do que a cepa selvagem.

Ao examinar seu crescimento em placas de ágar, os tamanhos das colônias mostraram que a mutante com deleção de cas9 produziu colônias visivelmente maiores em comparação com outras cepas. Isso indicou que a ausência de Cas9 pode conferir algumas vantagens de crescimento.

Para explorar ainda mais os potenciais custos metabólicos associados à expressão da Cas9, os pesquisadores realizaram testes adicionais medindo a atividade metabólica de diferentes cepas usando um ensaio específico. A cepa com deleção de cas9 exibiu maior atividade metabólica, tanto com quanto sem estresse, em comparação com as cepas com Cas9.

#Conclusão sobre o Sistema CRISPR-Cas na S. anginosus

Os achados da pesquisa indicam que o sistema CRISPR-Cas na S. anginosus é funcional e oferece proteção contra material genético estrangeiro. No entanto, a presença da proteína Cas9 também parece estar ligada a certos custos, especialmente quando se trata de tolerância ao estresse e crescimento geral.

Os resultados sugerem que, embora ter um sistema CRISPR-Cas possa proteger contra elementos genéticos nocivos, isso pode também levar a uma troca em relação à capacidade da cepa bacteriana de responder ao estresse e sua eficiência de crescimento geral. Isso pode explicar por que certas cepas de S. anginosus não contêm sistemas CRISPR-Cas.

Estudos futuros poderiam se concentrar em entender o complexo equilíbrio entre a funcionalidade do CRISPR-Cas e seus potenciais custos para bactérias como a S. anginosus. Essas informações poderiam esclarecer como esses organismos sobrevivem em ambientes em constante mudança e como equilibram mecanismos de defesa com crescimento e adaptação.