O código genético, recentemente descoberto, controla a sobrevivência bacteriana durante infecções.


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Por Phys.Org

[Obs: Texto adaptado – Esse artigo possui links, os links estão no original em inglês – Imagem do Phys.Org]

O código genético que permite às células armazenarem as informações necessárias para a vida é bem conhecido. Quatro nucleotídeos, abreviados A, C, G e T, soletram as sequências de DNA que codificam todas as proteínas que as células precisam.

Pesquisadores do MIT descobriram agora outra camada de controle que ajuda as células a desviarem rapidamente recursos em situações de emergência. Muitas bactérias, incluindo estirpes que causam tuberculose, usam esta estratégia para entrar em um estado semelhante à dormência, que lhes permitem sobreviverem em ambientes hostis quando privadas de oxigênio ou nutrientes. Para a tuberculose, as infecções pulmonares podem durar anos, antes de eventualmente “re-despertar” e causarem a doença novamente.

O que este estudo faz é revelar um sistema que as bactérias usam para fecharem-se e entrarem em um desses estados persistentes quando se estressam “, diz Peter Dedon, professor de Engenharia Biológica no MIT.

Dedon e seus colegas estudaram um tipo de bactéria conhecida como Mycobacterium bovis, uma das várias cepas bacterianas que podem causar tuberculose em seres humanos. Esta estirpe causa uma versão mais suave da doença do que a mais letal Mycobacterium tuberculosis e é utilizada em alguns países para a vacinação contra a tuberculose.

Segmentar esse sistema de controle genético recém-identificado poderia ajudar cientistas a desenvolverem novos antibióticos contra a tuberculose e outras doenças, diz Dedon, autor sênior de um artigo descrevendo as descobertas na edição de 11 de novembro da Nature CommunicationsYok Hian Chionh, um postdoc na Singapore-MIT Alliance para Pesquisa e Tecnologia (SMART), é o principal autor do artigo.

RESPOSTA RAPIDA

Dedon e colaboradores já demonstraram que tensões como a radiação ou produtos químicos tóxicos provocam células de levedura a ativarem um sistema que faz modificações químicas para transferir RNA (tRNA), que desvia as máquinas de construção de proteína da células de atividades de rotina para a ação de emergência.

No novo estudo, os pesquisadores investigaram como esse interruptor influencia as interações entre o tRNA e o RNA mensageiro (mRNA), que carrega instruções para a construção de proteínas do núcleo para estruturas celulares chamadas ribossomos. O código genético no mRNA é “lido” no ribossomo como uma série de sequências de três letras conhecidas como códons, cada uma das quais requerem um aminoácido específico (os blocos de construção das proteínas).

Esses aminoácidos são administrados ao ribossomo pelo tRNA. Como outros tipos de RNA, o tRNA consiste em uma sequência de quatro ribonucleósidos principais – A, G, C e U. (U em RNA substitui o T encontrado no DNA.) Cada molécula de tRNA tem um anticódon que corresponde a um codão de mRNA, assegurando que o aminoácido correto seja inserido na sequência da proteína. No entanto, muitos aminoácidos podem ser codificados por mais de um codão. Por exemplo, o aminoácido treonina pode ser codificado por ACU, ACC, ACA ou ACG. No total, o código genético tem 61 codões que correspondem a apenas 20 aminoácidos.

Uma vez que uma molécula de tRNA é fabricada, é alterada com dezenas de diferentes modificações químicas. Acredita-se que estas modificações influenciem a forma como o tRNA anticódon  liga-se fortemente ao codão de mRNA no ribossoma.

Neste estudo, Dedon e seus colegas descobriram que certas modificações de tRNA se elevaram  dramaticamente quando as bactérias foram privadas de oxigênio e pararam de crescer.

Uma dessas modificações foi encontrada no anticódon ACG–  treonina, de modo que os pesquisadores analisaram todo o genoma de Mycobacterium bovis em busca de genes que contêm altas percentagens desse codão ACG em comparação com os outros códons treonina. Eles descobriram que os genes com níveis elevados de ACG incluíam uma família conhecida como regulador DosR, que consiste em 48 genes que são necessários para que as células deixem de crescer e sobreviver em estado semelhante à dormência.

Quando falta oxigênio, estas células bacterianas começam a produzir grandes quantidades de proteínas reguladoras DosR, enquanto que a produção de proteínas a partir de genes contendo um dos outros codões para treonina, cai. As proteínas reguladoras DosR guiam a célula para um estado semelhante à dormência, desligando o metabolismo celular e interrompendo a divisão celular.

Os autores apresentam um exemplo impressionante da nova e emergente biologia profunda dos RNAs de transferência, que traduzem o código genético em todos os organismos vivos para criar proteínas“, diz Paul Schimmel, professor de biologia celular e molecular no Scripps Research Institute, que não estava envolvido na pesquisa. “Esta função há muito conhecida, foi vista de forma simples e direta por décadas e apresenta uma análise poderosa e abrangente para mostrar que há camadas e camadas, cada vez mais profundas, a essa função de tradução.

“CÓDIGO GENÉTICO ALTERNATIVO”

Os pesquisadores também mostraram que quando trocaram diferentes codões treonina para os locais genômicos onde ACG é geralmente encontrado, as células bacterianas não conseguiram entrar em um estado latente quando os níveis de oxigênio foram diminuídos. Porque fazer este interruptor de modificação de tRNA é fundamental para a capacidade das células bacterianas responderem ao estresse, as enzimas responsáveis por este interruptor poderiam produzir bons alvos para novos antibióticos , diz Dedon.

Dedon suspeita que outras famílias de genes, tais como aquelas necessárias para responderem à inanição ou para desenvolverem resistência aos fármacos, possam ser reguladas de forma semelhante por outras modificações de tRNA.

É realmente um código genético alternativo, no qual qualquer família de genes que é necessária para alterar um fenótipo celular é enriquecida com codões específicos” que correspondem a tRNAs modificados específicos, diz ele.

Os pesquisadores também têm visto este fenômeno em outras espécies, incluindo o parasita que causa a malária, e agora estão estudando em humanos.

 


 

Journal reference: Nature Communications 

Providenciado por: Massachusetts Institute of Technology

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