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Bactérias Magnéticas: Microrganismos Podem Ajudar A Extrair Metais Pesados Perigosos De Águas Residuais

Pela Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães | Phys.Org

09.Maio.2023

Bactérias magnetotáticas ligam urânio em sua parede celular (à direita). Isso pode ser usado para purificar a água contaminada com urânio, separando as bactérias carregadas com um ímã (à esquerda). Crédito: B. Schröder/HZDR
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Uma equipe de pesquisa no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) conseguiu purificar a água contendo urânio usando um tipo especial de bactéria conhecida como bactéria magnetotática. O nome deriva de sua capacidade de reagir a campos magnéticos. Elas podem acumular metais pesados dissolvidos em suas paredes celulares. Essas descobertas da pesquisa também lançaram uma nova luz sobre a interação entre urânio e bioligantes.

“Nossos experimentos são voltados para aplicações industriais potenciais no campo da remediação microbiológica da água, especialmente quando ela está contaminada com metais pesados do tipo que você encontra na água de drenagem de minas nas antigas minas de urânio“, explica a Dra. Evelyn Krawczyk-Bärsch, da Instituto de Ecologia de Recursos do HZDR.

“Para este PROJETO, buscamos a ajuda de um grupo muito especial de seres vivos: as “, acrescenta seu colega, Dr. Johannes Raff, e continua: “Devido à sua estrutura, eles estão positivamente PREDESTINADOS para tal tarefa.”

Por apresentarem uma característica que as diferencia de outras bactérias, as bactérias magnetotáticas formam cristais magnéticos nanoscópicos dentro da célula. Eles são organizados como uma fileira de eles e tão PERFEITAMENTE formados que os humanos atualmente seriam incapazes de reproduzi-los sinteticamente. Cada cristal magnético individual é incorporado em uma membrana protetora.

Juntos, os cristais e a membrana formam o chamado magnetossomo, que as bactérias usam para se alinhar com o da Terra e se orientar em seu habitat. Também os torna adequados para processos de separação simples.

Bactérias magnetotáticas podem ser encontradas em quase todos os ambientes aquosos, desde até água salgada, incluindo ambientes com muito poucos nutrientes.

O microbiologista Dr. Christopher Lefèvre até os descobriu nas fontes termais de Nevada. Foi dele e de seu colega, Dr. Damien Faivre, da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atômica (CEA), que os cientistas de Rossendorf adquiriram sua cepa de bactéria, sem mencionar os conselhos de especialistas sobre a melhor forma de preservá-las – porque, apesar de serem bastante comuns, cultivá-las requer algum conhecimento especializado.

▪️ Coletores de metais pesados estáveis em um ambiente hostil

Bactérias magnetotáticas podem sobreviver em valores de pH neutros, mesmo em contendo altas concentrações de urânio. Em uma ampla faixa de pH, elas se ligam ao urânio quase exclusivamente em suas paredes celulares – uma excelente base para lidar com as condições encontradas na água associada à mineração. Nenhum urânio penetra no interior da célula no processo, nem é limitado pelo magnetossomo.

Já se sabia que diferentes tipos de bactérias podem ligar metais pesados em suas paredes celulares, apesar de serem potencialmente estruturados de maneira bastante diferente.

No caso das bactérias magnetotáticas, as paredes celulares são formadas por uma camada de peptidoglicano, macromolécula composta por açúcares e aminoácidos que é o principal componente da parede celular de muitas bactérias, com apenas quatro nanômetros de espessura.

As paredes celulares das bactérias magnetotáticas são cercadas por uma membrana externa composta de açúcares e componentes semelhantes a gorduras: potenciais locais de ancoragem para o urânio.

“Nossos resultados mostram que nas bactérias magnetotáticas o peptidoglicano desempenha o papel principal na absorção de urânio.

Esse conhecimento é novo e inesperado nesse tipo de bactéria“, diz Krawczyk-Bärsch. A equipe ainda conseguiu identificar três espécies específicas de peptidoglicano de urânio e confirmar suas descobertas com amostras de referência.

Esses novos insights só foram possíveis graças a uma combinação de microscopia e várias técnicas espectroscópicas, uma combinação que raramente é encontrada em qualquer outro lugar do mundo.

“Ao cooperar com o Institute of Ion Beam Physics and Materials Research em HZDR, por exemplo, pudemos usar o microscópio eletrônico.

A proximidade de nossos institutos no local e a experiência de nossos colegas são uma grande vantagem para nosso trabalho“, Raff diz.

▪️ Significado para a purificação de água contaminada

Graças às suas propriedades magnéticas, as bactérias magnetotáticas podem ser facilmente separadas da água usando ímãs.

“É concebível que isso possa ser feito em grande escala, realizando o tratamento diretamente na água de superfície ou bombeando água de e direcionando-a para estações piloto de tratamento“, explica Krawczyk-Bärsch.

O uso de bactérias magnetotáticas pode ser uma alternativa eficaz aos caros tratamentos químicos convencionais – porque as bactérias magnetotáticas são pouco exigentes em termos de manutenção; a implementação de outras soluções baseadas em biomassa, por outro lado, falha regularmente devido aos custos envolvidos no aumento das necessidades de nutrientes e energia.

E outro detalhe despertou o interesse dos pesquisadores por essas bactérias: suas proteínas podem estabilizar o ferro bivalente e trivalente para que a magnetita armazenada nos magnetossomos possa ser sintetizada. “Então, estamos realmente nos perguntando como esses microorganismos interagem com radionuclídeos em vários estados de oxidação. Em particular, estamos pensando no plutônio“, explica Raff.

Isso ocorre porque, ao contrário do urânio, é concebível que sua semelhança química com o ferro signifique que ele use outras rotas para entrar na célula. Como isso influencia o comportamento de migração do plutônio na natureza e também pode ser uma maneira de remover o plutônio das águas residuais? Assim, o tópico também é relevante para a pesquisa de repositórios: quaisquer resultados podem ser incorporados à avaliação de segurança.

As descobertas foram publicadas no Journal of Hazardous Materials.

Mais informações: Evelyn Krawczyk-Bärsch et al, Peptidoglycan as major binding motif for Uranium bioassociation on Magnetospirillum magneticum AMB-1 in contaminated waters, Journal of Hazardous Materials (2022). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.129376

Decodificando Os Mecanismos Por Trás Da Montagem De Proteínas BAR Que Ditam A Curvatura Celular

Pelo Instituto Nara de Ciência e Tecnologia | Phys.Org

26.Abril.2023

As membranas celulares desempenham um papel crítico, servindo como unidades de contenção e separando o espaço celular interno do ambiente extracelular. Proteínas com unidades funcionais distintas desempenham um papel fundamental na facilitação das interações proteína-membrana.

Por exemplo, as proteínas do domínio Bin-Anfifisina-Rvs (BAR) estão envolvidas na regulação da curvatura da membrana celular. Essa dobra física das membranas celulares ajuda as células a realizar vários processos biologicamente importantes, como endocitose e motilidade celular.

Embora as proteínas BAR conduzam a curvatura da membrana reunindo-se em unidades oligoméricas altamente ordenadas, o mecanismo subjacente que regula esse fenômeno permanece amplamente desconhecido.

Agora, um estudo realizado por pesquisadores do Japão revelou o mecanismo que impulsiona a montagem oligomérica de uma proteína contendo o domínio BAR nas superfícies da .

O estudo, publicado na revista Science Advances, foi liderado por Shiro Suetsugu, Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor e Nhung Thi Hong Nguyen, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara (NAIST).

Suetsugu diz: “O número relativamente pequeno de domínios BAR oligoméricos em túbulos de membrana estreita dificulta a análise de sua montagem. Portanto, usamos o monitoramento de transferência de energia de ressonância de fluorescência para analisar a montagem oligomérica da proteína GAS7 contendo F-BAR, porque a GAS7 oligomérica monta em maior do que as outras.“

Para elucidar o mecanismo envolvido na montagem de GAS7 em superfícies de membrana, os pesquisadores empregaram uma técnica chamada (FRET). Neste método, os pesquisadores rotularam as unidades GAS7b com marcadores de proteínas fluorescentes para monitorar a magnitude e o tempo da montagem do GAS7.

A observação da emissão de fluorescência indicou que a montagem do GAS7 nas superfícies da membrana lipídica é um processo rápido e iniciado em segundos. Este processo foi reforçado pela presença de várias proteínas, incluindo a proteína da SÍNDROME de Wiskott-Aldrich (WASP)/N-WASP, WISH, Nck, a pequena GTPase Cdc42 ativada e um receptor fagocítico ancorado na membrana.

A montagem de GAS7 na membrana também foi examinada ao microscópio, usando vesículas de membrana gigantes. A proteína deve se ligar à membrana uniformemente se não oligomerizar, mas GAS7 claramente acumulada na parte da membrana, demonstra a montagem oligomérica pela presença dessas proteínas.

A equipe examinou ainda mais o papel da WASP na montagem do GAS7. WASP SOFRE MUTAÇÕES em pacientes com SÍNDROME de Wiskott-Aldrich, que está associada a vários DISTÚRBIOS IMUNOLÓGICOS. A este respeito, os pesquisadores viram que a montagem GAS7 regulada FOI ABOLIDA pelas MUTAÇÕES WASP tanto in vitro quanto durante a fagocitose (o engolfamento mediado por membrana celular de partículas grandes).

Este último, segundo os pesquisadores, foi surpreendente, porque a GAS7 é conhecida por estar envolvido na fagocitose. Portanto, as análises forneceram uma explicação para a fagocitose DEFEITUOSA observada em macrófagos de pacientes com SÍNDROME de Wiskott-Aldrich.

Em conclusão, WASP, Cdc42 e outras proteínas que comumente se ligam às proteínas da superfamília do domínio BAR promovem a montagem de GAS7 nas membranas lipídicas. Além disso, a montagem do domínio BAR nas superfícies da membrana serve como um “andaime” ou plataforma para a ligação de outras proteínas, o que facilita ainda mais a sinalização de proteínas abaixo da superfície.

Resumindo os resultados, Suetsugu conclui: “Como a proteína WASP comumente se liga à superfamília de proteínas BAR, é provável que o mecanismo de montagem observado aqui também funcione para outras proteínas BAR. Acreditamos que nosso estudo fornece informações inovadoras para estudos sobre a formação da forma celular e estudos condensados de “.

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Mais informações: Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor et al, Small GTPase Cdc42, WASP, and scaffold proteins for higher order assembly of the F-BAR domain protein, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf5143. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf5143

Complexo Proteico Recém-Descoberto Desempenha Um Papel Vital Na Proteção E Estabilidade Do RNA

Pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah | Phys.Org

08.Mar.23

YB1 e HuR regulam a estabilidade de alvos comuns de mRNA contendo um sítio de consenso rico em U. (A) Células C2C12 em crescimento exponencial tratadas com siRNAs direcionados a YB1 (siYB1), HuR (siHuR) ou tratadas com um siRNA de controle (siCtl) foram usadas para avaliar os níveis de estado estacionário de Myog, MyoD e cMyc mRNAs. Os níveis de mRNA foram avaliados por RT-qPCR usando primers específicos, padronizados contra os níveis de mRNA GAPDH e plotados em relação à condição siCtl. Os dados são apresentados ± o SEM de três experimentos independentes. *P < 0,05, **P < 0,005, ***P < 0,0005 (teste t) (B–D) A estabilidade dos mRNAs Myog, MyoD e cMyc em células C2C12 esgotadas ou não (siCtl) de YB1 (siYB1 ) ou HuR (siHuR) foi determinado por experimentos de busca de pulso ActD. As células foram tratadas com Actinomicina D (ActD) por 0, 2, 4 ou 6 h e o RNA total foi usado para análise RT-qPCR. O nível de expressão do mRNA em cada ponto de tempo foi normalizado para os níveis de GAPDH mRNA e plotado em relação à abundância de cada mensagem em 0 h de tratamento com ActD (considerado como 100%). Os dados na figura são apresentados ± o SEM de três experimentos independentes. *P < 0,05, **P < 0,005 (teste t). Crédito: Nucleic Acids Research (2023). DOI: 10.1093/nar/gkac1245

Duas proteínas se juntam para PROTEGER e ESTABILIZAR o RNA enquanto ele carrega o código de formação de músculos através da célula. Uma compreensão mais aprofundada desse complexo estabilizador de RNA pode ter implicações para influenciar a recuperação muscular e o tratamento de doenças.

O RNA, uma molécula frágil, atua como um intermediário que transporta copiado do DNA para as fábricas de produção de na célula, onde o código é TRADUZIDO para formar os vários componentes minúsculos que, juntos, nos tornam quem somos.

“Mas o RNA não é mais visto apenas como um canal intermediário passivo”, diz a bioquímica Brenda Janice Sánchez, da KAUST Smart-Health Initiative. “Ele atua como um ponto de CONTROLE regulatório, ESSENCIAL para o funcionamento NORMAL de todos os processos biológicos”.

Isso significa que vários aspectos da maquinaria celular precisam trabalhar juntos PARA EVITAR que esses RNAs mensageiros se degradem – e para mantê-los em movimento – e, finalmente, garantir sua TRADUÇÃO em seu DESTINO FINAL em proteína.

Se qualquer parte desse processo for perturbada, será significativamente afetada, levando a um comportamento celular ANORMAL ou até mesmo à morte.

Agora, Janice Sánchez e seus colegas da KAUST e da McGill University, no Canadá, identificaram um que é crucial PARA a estabilidade do RNA mensageiro durante a formação das fibras musculares. O complexo é formado por duas proteínas: o antígeno humano R (HuR) e a proteína de ligação Y-Box 1 (YB1). Seu estudo foi publicado na Nucleic Acids Research.

Crédito: Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah

Os papéis precisos de cada proteína individual neste processo de estabilização ainda precisam ser descobertos. Mas pesquisas adicionais que separam os detalhes de como tudo isso funciona podem ajudar os cientistas a influenciar a quantidade e os tipos de proteínas produzidas no músculo, bem como em outros tecidos a qualquer momento.

“E se pudéssemos promover a associação de HuR a YB1 durante a terapia de recuperação muscular?” pergunta Janice Sánchez. “Isso poderia levar a mais ou melhores fibras musculares?

Aprender a controlar a renovação do RNA durante a formação de fibras musculares pode ter imensas repercussões no desenvolvimento de novas terapêuticas que previnem patologias relacionadas aos músculos.”

Os cientistas já sabiam que o HuR está envolvido na estabilização de RNAs mensageiros contendo sequências distintas de bases nitrogenadas, chamadas de elementos ricos em AU, em suas regiões não traduzidas.

Mas o HuR tem funções múltiplas e às vezes opostas, pois também pode promover a degradação do RNA mensageiro.

O biocientista da KAUST, Imed-Eddine Gallouzi, liderou Janice Sanchez e a equipe para descobrir a rede de proteínas que poderia estar envolvida na GARANTIA da capacidade do HuR de estabilizar o RNA mensageiro especificamente DURANTE a formação de fibras musculares.

Eles fizeram isso usando anticorpos para isolar HuR de células musculares precursoras de camundongos (chamadas mioblastos) e, em seguida, empregando uma técnica chamada espectrometria de massa para identificar as proteínas ligadas a ele. YB1 se destacou porque também é conhecido por estar envolvido na estabilização e ligação do RNA mensageiro.

A equipe então alvejou o gene que codifica YB1 para desligá-lo em mioblastos e descobriu que isso reduzia significativamente a eficiência dessas células para amadurecer em células musculares.

Além disso, quando os genes foram direcionados em mioblastos normais para produzir quantidades maiores de HuR, a formação de fibras musculares foi aprimorada. Isso não aconteceu, porém, em mioblastos com a proteína YB1 DESLIGADA. Testes posteriores estabeleceram que HuR e YB1 formam um complexo que se liga ao elemento rico em AU em RNAs .

“Estabelecer a rede de proteínas de ligação ao RNA que interagem com o HuR, bem como dissecar o mecanismo pelo qual esses complexos estão envolvidos em processos vitais, como a formação de fibras musculares, será fundamental para nossa compreensão do dogma central da biologia molecular, de quando o código é transcrito para o RNA do DNA, para quando é TRADUZIDO em proteínas”, diz Gallouzi. “Nosso estudo mostra que a afinidade do HuR pelo seu alvo de RNA é diretamente influenciada pela de ligação ao RNA com a qual ele se associa.”

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Mais informações: Brenda Janice Sánchez et al, The formation of HuR/YB1 complex is required for the stabilization of target mRNA to promote myogenesis, Nucleic Acids Research (2023). DOI: 10.1093/nar/gkac1245

Como a condensação de proteínas diminui a atividade do gene e garante a sobrevivência de células estressadas

Pelo Instituto Max Planck de Imunobiologia e Epigenética | Phys Org

Modelo para a regulação da condensação NELF sob estresse, como choque térmico. Crédito: MPI of Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Toda a vida na Terra desenvolveu várias camadas e redes para garantir a sobrevivência em eventos catastróficos. Até as células têm seu plano de emergência: a resposta ao choque térmico. Disparado por múltiplos estímulos de estresse, como calor, toxinas ou radiação, este programa de segurança celular tenta prevenir danos permanentes ao organismo. A resposta se assemelha a uma estratégia geral de ‘bloqueio’ adotada, testemunhada durante a pandemia global do vírus corona. Durante um bloqueio, apenas as atividades essenciais são permitidas e os recursos são desviados para medidas que garantam a minimização do impacto de uma pandemia.

Em condições normais, a RNA polimerase II desce pelo DNA. Nos locais corretos, o DNA é transcrito em mRNA, que é então traduzido em proteínas. Em uma crise, entretanto, essa atividade de transcrição deve parar, na maior parte, para interromper ou minimizar a produção de proteínas não essenciais durante condições de . “Este movimento libera as capacidades necessárias para aumentar a produção de RNA e proteínas chamadas , que ajudam a lidar com a ameaça e os efeitos do estresse. A questão permanece: como colocar uma célula inteira sob bloqueio?“ diz Ritwick Sawarkar, líder do grupo no MPI de Imunobiologia e Epigenética e na Universidade de Cambridge.

Condensação NELF sob estresse – garante atenuação da transcrição do gene

Estudos anteriores do laboratório de Sawarkar deram os primeiros insights sobre o que acontece nas células, quando elas mudam do normal para o de emergência. O estresse causa o acúmulo do fator de alongamento negativo (NELF) no núcleo e interrompe a transcrição em um grande número de genes. Mas como exatamente o regulador transcricional NELF executa a chamada Atenuação Transcricional Induzida por Estresse (SITA) permaneceu desconhecido.

“No início deste projeto, tentamos visualizar a proteína NELF com imagens de células vivas para entender melhor seu papel e regulação. Surpreendentemente, descobrimos que NELF forma puncta ou gotículas sob estresse, enquanto a mesma proteína permanece difundida sob . Chamamos essas gotículas de condensados NELF“, diz Prashant Rawat, primeiro autor do estudo. Junto com o Laboratório de Patrick Cramer no MPI for Biophysical Chemistry, que poderia recapitular as mesmas gotículas de NELF in vitro com proteínas purificadas recombinantes, as equipes propõem que a condensação biomolecular induzida por estresse facilita um recrutamento aprimorado de NELF para as regiões promotoras dos genes. Aqui, as gotículas NELF presumivelmente bloqueiam a atividade da polimerase e conduzem a regulação negativa da expressão gênica.

Imagens de microscopia confocal de alta resolução da proteína NELF-A marcada com mCherry (vermelha) em células HeLa humanas. A proteína NELF-A de tipo selvagem forma condensados induzidos por estresse após choque térmico (esquerda), enquanto a proteína sem região IDR falha em formar esses condensados (direita). Barra de escala: 5μm. Crédito: © MPI de Immunbiology and Epigenetic, P. Rawat

Condensação NELF movida a tentáculos

As subunidades NELF contêm as chamadas regiões intrinsecamente desordenadas (IDRs). IDRs são as partes de proteínas sem estrutura fixa e atuam como tentáculos. Os cientistas do Max Planck conseguiram mostrar que as interações entre os tentáculos do NELF são essenciais para a condensação. “Muitas moléculas NELF individuais se unem e seus tentáculos se unem fortemente para formar a gota, como se segurassem as mãos uns dos outros. Mas o que mais nos intrigou foi que NELF sempre contém IDRs como parte de sua estrutura, mas só sofre condensação sob estresse“, diz Prashant Rawat.

Usando abordagens moleculares e bioquímicas do genoma e do proteoma, a equipe identificou modificações pós-tradução específicas (PTMs) que são essenciais para a condensação NELF. PTMs são alterações de proteínas após sua síntese e são frequentemente usados por células para responder a estímulos ambientais. Os resultados mostram que duas modificações diferentes tornam os condensados NELF possíveis. “Descobrimos que mudanças contingentes ao estresse na fosforilação de NELF e mais SUMOilação governam a condensação de NELF”, disse Ritwick Sawarkar.

Condensação NELF relevante para aptidão celular

As células que falham em formar as gotículas NELF devido ao IDR prejudicado ou deficiência de SUMOilação também falham em regular negativamente os genes e a transcrição sob estresse. “Se as células não ficarem bloqueadas pela condensação NELF e pela regulação negativa da transcrição, elas arriscam sua aptidão. Nossos dados mostram taxas de morte significativamente maiores de células sem NELF adequada durante o estresse“, disse Prashant Rawat.

Para Ritwick Sawarkar, esses resultados também destacam os aspectos colaborativos da vida nos Institutos Max Planck. “Esta pesquisa só se tornou possível devido à estreita cooperação. O laboratório de Andrea Pichler no MPI-IE foi fundamental para entender o papel da máquina SUMO, enquanto outra colaboração com o laboratório de Patrick Cramer no MPI-BPC Göttingen poderia recapitular as mesmas gotículas NELF in vitro com purificado recombinante proteico“, diz Ritwick Sawarkar, principal autor do estudo.

Já se especula que a regulação negativa da transcrição induzida por estresse esteja associada a distúrbios neurológicos como Huntington. “Já geramos modelos de camundongos no instituto para estender nossas descobertas in vivo e a modelos de doenças relevantes“, disse Prashant Rawat. A possibilidade de explorar o papel dos condensados NELF em diferentes doenças parece ser um caminho estimulante para pesquisas futuras em laboratório.

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Mais informações: Prashant Rawat et al. Stress-induced nuclear condensation of NELF drives transcriptional downregulation. Molecular Cell. February 05, 2021 DOI:doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.016

Diário informativo: Molecular Cell

Pesquisadores descobrem que bloco de construção celular age como um gel, não líquido como se acreditava anteriormente

Pela Faculdade de Medicina e Odontologia da Universidade de Alberta | PhysOrg

DNA
Crédito CC0: domínio público

Pesquisadores da Universidade de Alberta encontraram uma resposta para uma questão fundamental na biologia genômica que tem escapado aos cientistas desde a descoberta do DNA: dentro do núcleo de nossas células, o complexo pacote de DNA e proteínas chamado cromatina é um sólido ou um líquido?

Em um estudo publicado na revista Cell, a equipe de pesquisa, liderada pelo professor do Departamento de Oncologia Michael Hendzel e pelo colaborador Jeffrey Hansen da Colorado State University, descobriu que a cromatina não é nem sólida nem líquida, mas algo mais parecido com um gel.

Anteriormente, campos como a bioquímica operavam sob o pressuposto de que a cromatina e outros elementos do núcleo operavam em estado líquido, disse Hendzel. Esta nova compreensão das propriedades físicas da cromatina desafia essa ideia e pode levar a uma compreensão mais precisa de como o genoma é codificado e decodificado.

“Todos nós sabemos a diferença entre água e gelo, e todos nós entendemos que se você quiser amarrar duas coisas, por exemplo, você não pode fazer isso com um líquido. Você precisa de uma corda, algo que tenha resistência mecânica”, afirmou disse Hendzel, que também é membro do Instituto de Pesquisa do Câncer do Norte de Alberta (CRINA). “É disso que estamos falando aqui. No momento, todo o nosso conhecimento sobre a regulação do gene é amplamente baseado na suposição de proteínas que se movem livremente que encontram DNA e cuja acessibilidade é regulada apenas pelo bloqueio desse movimento. Portanto, esta pesquisa poderia potencialmente levar a tipos muito diferentes de maneiras de compreender a expressão do gene.“

“Outra maneira de olhar para isso é que ossos, músculos e tecido conjuntivo têm propriedades físicas muito diferentes e, se essas propriedades físicas se quebram de alguma forma, isso quase sempre está associado a doenças“, disse Alan Underhill, professor associado do Departamento de Oncologia, Membro CRINA e colaborador do estudo. “No caso da cromatina, trata-se de reduzir esse princípio ao nível do núcleo da célula, porque está tudo conectado.”

“O que estamos vendo aqui faz uma ponte entre a bioquímica do conteúdo celular e a física subjacente, permitindo-nos chegar aos princípios organizacionais – não apenas para as células, mas para todo o corpo“, acrescentou.

Todos os nossos cromossomos são feitos de cromatina, que é metade histona (ou proteínas estruturais) e metade DNA, organizados em longas cordas com estruturas semelhantes a elos de um colar de pérolas (nucleossomos). Dentro do núcleo de uma célula, a fibra da cromatina interage consigo mesma para se condensar em um cromossomo. A fibra de cromatina também suporta a expressão gênica e a replicação do DNA cromossômico. Embora haja alguma compreensão das estruturas que compõem um núcleo, como essas estruturas são organizadas e toda a extensão de como as estruturas interagem entre si não é bem conhecido.

As descobertas da equipe fazem uma ponte sobre pesquisas feitas nos últimos 50 anos em géis de cromatina produzidos em laboratório para demonstrar sua existência em células vivas, o que tem implicações importantes para interpretar suas propriedades elásticas e mecânicas, explicou Hendzel.

Por exemplo, estudos recentes mostraram que a deformabilidade da cromatina em células cancerosas é um determinante importante de sua capacidade de se espremer por pequenos espaços para viajar para fora de um tumor e metastatizar em outras partes do corpo – algo que é muito mais fácil de explicar se a cromatina for como gel em vez de um líquido. As células cancerosas fazem isso alterando quimicamente a parte histona da cromatina para torná-la menos pegajosa, disse Hendzel.

Com base na nova pesquisa, isso agora pode ser explicado como um processo que reduz a resistência do gel, tornando-o mais deformável e permitindo que as células cancerosas se espalhem pelo corpo. Definir como esse estado de gel é regulado pode levar a novas abordagens para prevenir metástases, encontrando drogas que mantêm o gel de cromatina em um estado mais rígido.

Uma melhor compreensão da cromatina também pode afetar o diagnóstico de câncer, disse Underhill.

“A textura e aparência da cromatina é algo que os patologistas têm usado para fazer avaliações clínicas em amostras de tumor de pacientes“, disse ele. “É realmente observar como a cromatina está organizada dentro do núcleo que lhes permite fazer uma compreensão desse diagnóstico clínico. Portanto, agora é um processo que podemos reformular em um novo contexto do estado material da cromatina.“

Hendzel disse estar confiante de que a descoberta do estado gelatinoso da cromatina fornecerá um princípio orientador para pesquisas futuras que buscam entender como as propriedades materiais da cromatina moldam a função do núcleo para garantir a saúde das células e dos organismos que elas constituem.

“Uma das coisas mais significativas para mim é que esta pesquisa destaca o quão limitado é o nosso conhecimento nesta área”, disse ele. “Atualmente, estamos focados em testar a crença amplamente difundida de que o tamanho físico das moléculas determina sua capacidade de acessar o DNA. Nossos experimentos em andamento sugerem que isso também pode estar incorreto, e estamos bastante entusiasmados em aprender novos mecanismos que controlam o acesso a DNA baseado nas propriedades do gel de cromatina e nos microambientes líquidos que se agrupam ao seu redor.“

“Acho que isso nos força a voltar e olhar o que está nos livros didáticos e reinterpretar muitas dessas informações no contexto de se ‘isto é um líquido’ ou ‘isto é um gel’ em termos de como o processo realmente ocorre,” acrescentou Underhill. “Isso terá um grande impacto sobre como realmente pensamos sobre as coisas que estão avançando e como projetamos experimentos e os interpretamos.“

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Mais informações: Hilmar Strickfaden et al, Condensed Chromatin Behaves like a Solid in the Mesoscale In Vitro and in Living Cells, Cell (2020). DOI: 10.1016 / j.cell.2020.11.027

InformaçãDiário: Célula

Pesquisadores Descobrem A Chave Para Perfurar Armadura De Bactérias Nocivas

Por Caitlin Sedwick, Universidade de Princeton | Phys Org

Em bactérias Gram-negativas, LPS e fosfolipídios são fabricados na membrana bacteriana interna e devem ser entregues através da parede celular para a membrana externa. A fabricação e o fornecimento de LPS para a membrana bacteriana externa são cuidadosamente balanceados em relação aos níveis de fosfolipídios porque os desequilíbrios podem ser letais para a célula. Crédito: Princeton University

As bactérias são organismos unicelulares essenciais à saúde humana, tanto em nosso meio ambiente quanto dentro de nossos próprios corpos. No entanto, certas espécies bacterianas podem nos deixar doentes.

Quando médicos suspeitam de uma doença de origem bacteriana, eles realizam testes de diagnóstico para identificar quais espécies de bactérias estão causando a doença, para que um curso de tratamento possa ser planejado. Um desses testes é chamado de coloração de Gram, em homenagem a Hans Christian Gram, que desenvolveu a técnica na década de 1880.

Gram descobriu que certas espécies bacterianas, as chamadas bactérias “Gram-negativas”, eliminava um corante roxo que ele estava usando para ajudar a visualizar os micróbios em seu microscópio. Os cientistas finalmente descobriram que as bactérias Gram-negativas resistem à absorção de corante porque estão envolvidas no que é, essencialmente, uma armadura microbiana: sua membrana celular vulnerável é protegida por uma camada de açúcares fortemente empacotados chamada parede celular, e além disso, uma membrana externa especializada.


“Entender como as bactérias constroem essa barreira é um passo importante nas estratégias de engenharia para contorná-la“, disse Thomas Silhavy, professor de Biologia Molecular da Warner-Lambert Parke-Davis e autor sênior de dois novos artigos que investigam a membrana externa, um no periódico Proceedings of National Academy of Sciences e outro no periódico Trends in Microbiology.


Um dos principais componentes da membrana externa é uma molécula única chamada lipopolissacarídeo (LPS), que cobre a superfície da célula. “O LPS ajuda a aumentar a resistência mecânica do envelope de células Gram-negativas e também forma um revestimento de superfície que impede que moléculas tóxicas, incluindo certos antibióticos, entrem na célula“, disse Randi Guest, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório Silhavy, palestrante em biologia molecular e principal autor do artigo Trends.


O LPS é uma toxina notoriamente potente que pode causar doenças graves quando é liberado da membrana bacteriana externa ou secretado pela célula.


“A quantidade de LPS produzida pela célula é cuidadosamente controlada, pois muito pouco LPS pode levar à ruptura da célula, enquanto muito LPS, especialmente se não for devidamente montado, é tóxico“, disse Guest. “Nós revisamos estudos de três proteínas essenciais da membrana que monitoram não apenas a biossíntese de LPS dentro da célula, mas também o transporte e montagem adequada na superfície da célula.”


Como Guest e seus colegas discutem em seu artigo, a construção da membrana bacteriana externa representa um problema complexo para as bactérias porque o LPS potencialmente perigoso, feito dentro da célula, deve ser transportado através da parede celular para alcançar a membrana externa. Além disso, esses processos devem ser contrabalançados com a fabricação e o transporte dos outros componentes da membrana, que nas bactérias Gram-negativas é composta principalmente por uma classe de moléculas denominadas fosfolipídios.


“Um antigo mistério no campo é como os fosfolipídios são transportados para a membrana externa“, disse Silhavy. Uma ideia é que os fosfolipídios podem fluir passivamente para frente e para trás entre a membrana celular interna da bactéria e sua membrana externa nas zonas de contato, mas essa ideia é altamente controversa.

Uma nova pesquisa do grupo de Silhavy fornece suporte para a ideia de que existe um modo de transporte passivo.


Jackie Grimm, então um estudante graduado no laboratório de Silhavy, junto com Handuo Shi, um estudante graduado no laboratório de KC Huang em Stanford, liderou um esforço para identificar proteínas envolvidas no tráfego de fosfolipídios entre as membranas interna e externa. Para seus estudos, os colegas usaram bactérias com uma mutação que aumenta a taxa de fluxo de fosfolipídios da membrana interna para a externa. Quando são privadas de nutrientes, essas bactérias sofrem encolhimento e ruptura da membrana interna, seguido de morte celular, porque são incapazes de fazer novos fosfolipídios para a membrana interna para repor os perdidos na membrana externa. Os autores introduziram mutações adicionais nessas bactérias e, em seguida, procuraram genes que, quando mutados, afetam a rapidez com que as bactérias morrem após a retirada de nutrientes.


“Usamos o sequenciamento de última geração para rastrear genes envolvidos neste processo e descobrimos que a interrupção do gene yhdP retardou o transporte de fosfolipídios“, disse Silhavy.

Embora seus dados indiquem que a proteína codificada por yhdP está envolvida no transporte de fosfolipídios entre a membrana celular interna e a membrana externa, Grimm, Shi e seus colegas observaram que ainda não está claro como a proteína YhdP funciona para afetar esse processo. Uma pista potencial pode ser encontrada em sua similaridade prevista com outras proteínas cuja função já é conhecida. Uma delas é uma proteína de mamífero que forma um canal que transporta fosfolipídios através das membranas.


“Isso sugere que o YhdP pode formar um canal hidrofóbico entre a membrana interna e externa através da qual fluem os fosfolipídios“, observou Silhavy.


“Silhavy e colegas fornecem os dados mais sólidos até o momento para identificar como os fosfolipídios são transportados entre as membranas nas bactérias, uma questão indescritível por décadas em nosso campo“, disse M. Stephen Trent, Distinto Professor de Doenças Infecciosas da Universidade da Geórgia, que foi não envolvido no trabalho.

“Eles apresentam um forte argumento com a genética e a biofísica de que uma proteína de função desconhecida, YhdP, afeta um processo de transporte rápido de fosfolipídios entre as membranas. Será realmente interessante estudar o papel do YhdP no transporte de fosfolipídios no futuro.”

[Ênfase adicionada]

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Mais informações: Jacqueline Grimm et al, The inner membrane protein YhdP modulates the rate of anterograde phospholipid flow in Escherichia coli, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2015556117
Diário informativo: Proceedings of the National Academy of Sciences

Como Os Processos Celulares Reúnem E Descartam Proteínas Danificadas

Por Eric Strieter, Universidade de Massachusetts Amherst | Phys Org

Em um novo artigo com resultados que o autor sênior Eric Strieter, da Universidade de Massachusetts Amherst, chama de “incrivelmente surpreendente“, ele e seu grupo de laboratório de química relataram que descobriram como uma enzima conhecida como UCH37 regula o sistema de gerenciamento de resíduos de uma célula.

Strieter diz: “Levamos oito anos para descobrir isso e estou muito orgulhoso desse trabalho. Tivemos que desenvolver muitos métodos e ferramentas novos para entender o que essa enzima está fazendo.”

Como ele explica, uma protease muito grande chamada proteassoma é responsável por degradar a grande maioria das proteínas em uma célula; pode ser feita de até 40 proteínas. Já se sabe há mais de 20 anos que a UCH37 é uma das enzimas regulatórias que se associam ao proteassoma, acrescenta, “mas ninguém entendia o que estava fazendo“.

Acontece que o ponto crucial de todo o processo, acrescenta, é o quão complicadas podem ser as modificações em uma pequena chamada ubiquitina. “Além de modificar outras proteínas, a ubiquitina se modifica, resultando em uma ampla gama de cadeias. Algumas dessas cadeias podem ter ramificações extensas. Descobrimos que o UCH37 remove pontos de ramificação das cadeias, permitindo que a degradação prossiga.”

Escrevendo esta semana na Molecular Cell, ele e o primeiro autor e Ph.D. O candidato Kirandeep Deol, que liderou e conduziu os experimentos, com os co-autores Sean Crowe, Jiale Du, Heather Bisbee e Robert Guenette, discutem como eles responderam à pergunta. O trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais do NIH.

Esse avanço pode levar a um novo tratamento contra o câncer, diz Strieter, porque precisam do proteassoma para crescer e proliferar. “Muitas células cancerosas são essencialmente dependentes da função do proteassoma“, ressalta. “Suas células produzem proteínas em uma taxa tão rápida que erros são cometidos e, se eles não forem eliminados, as células não podem funcionar. Como o UCH37 ajuda a eliminar as proteínas, pode ser um alvo terapêutico útil para adicionar aos inibidores de proteassoma que já tiveram sucesso na clínica.”

Para começar seu processo de anos, Strieter diz, “tivemos que encontrar uma maneira de gerar uma grande variedade de cadeias de ubiquitina que representassem a diversidade potencial em uma célula. Usar essa nova biblioteca de cadeias de ubiquitina nos permitiu interrogar a atividade da UCH37 em um ambiente controlado. Essa série de experimentos nos deu a primeira pista de que essa enzima estava fazendo algo único.”

Outro novo método desenvolvido por eles usa para caracterizar a arquitetura das cadeias de ubiquitina em misturas complexas. “Isso nos permitiu ver que a atividade que descobrimos com nossa biblioteca de substratos também estava presente em uma mistura mais heterogênea“, diz Strieter. Finalmente, os químicos usaram a ferramenta de edição do gene CRISPR para remover o UCH37 das células para medir o impacto do UCH37 na degradação mediada por proteassoma in vitro e nas .

Essa técnica trouxe mais uma surpresa. “Em vez de agir como esperado e se opor ao processo de degradação, descobriu-se que o UCH37 estava removendo pontos de ramificação das cadeias de para ajudar a degradar as proteínas“, disse Strieter. “Você poderia pensar que removendo o sinal de degradação essa degradação seria prejudicada“, acrescenta ele, “mas não funcionou dessa maneira.”

Em experiências futuras, Strieter e colegas esperam explorar ainda mais o processo de e aprender mais detalhadamente como o UCH37 consegue regular a função celular.

[Ênfase adicionada]

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Mais informações: Kirandeep K. Deol et al, Proteasome-Bound UCH37 / UCHL5 Debranches Ubiquitin Chains to Promover Degradation, Molecular Cell (2020). DOI: 10.1016 / j.molcel.2020.10.017

Informação do diário: Molecular Cell

Remoção de Gene Pode Tornar Os Poxvírus Letais Inofensivos

pela Universidade de Surrey – Phys | Org

A remoção de um gene torna os poxvírus – uma família letal de infecções virais que se espalham de animais para humanos – inofensivos, num novo estudo publicado na revista Science Advances.

Durante este estudo inovador, cientistas do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha e da Universidade de Surrey investigaram a resposta imunológica das células aos poxvírus. Poxvírus, como a varíola bovina e a varíola dos macacos, podem se espalhar para humanos a partir de animais infectados, causando , febre, inchaço dos gânglios linfáticos e até morte.

Os vírus contêm que os ajuda a superar as células hospedeiras, permitindo a replicação e a disseminação da . As células do corpo são compostas por moléculas que detectam a presença de vírus, às vezes por meio do reconhecimento de seu material genético, e alertam o sistema imunológico sobre uma infecção iminente. Os poxvírus, ao contrário de outros vírus, são altamente incomuns, pois possuem grandes genomas de DNA que são replicados exclusivamente no citosol celular, uma área da célula cheia de sensores. Ainda não se sabe como os poxvírus conseguem permanecer indetectáveis.

Semelhante à varíola humana, os cientistas neste estudo usaram o ectromelia (ECTV), um membro da família dos poxvírus que causa a varíola dos ratos. ECTV se espalha através do sistema linfático de camundongos para , onde ocorre a replicação massiva do vírus, resultando na morte rápida do animal.

Durante suas investigações, os cientistas identificaram um gene, o viral Schlafen (vSLFN), que bloqueia a resposta celular ao genoma do vírus, tornando a infecção silenciosa para o sistema imunológico.

Surpreendentemente, a desativação desse gene tornou a infecção detectável, desencadeando uma potente resposta imunológica que protegeu os animais contra doses um milhão de vezes maiores do que a quantidade letal normal.

Após a remoção do vSLFN, verificou-se que os animais com o vírus modificado estavam protegidos da infecção subcutânea, respiratória e intravenosa e todos sobreviveram. Os cientistas também descobriram que a proteção era mediada pelo interferon, uma molécula conhecida por ter poderosas propriedades antivirais, e , que desempenham um papel importante na rejeição do hospedeiro de células infectadas por vírus.

Os pesquisadores acreditam que essas descobertas esclarecerão como combatemos as infecções microbianas e melhorarão a eficácia e a segurança das vacinas, agentes anti-cânceres e terapias genéticas baseadas em poxvírus.

O Dr. Carlos Maluquer de Motes, professor titular de Virologia Molecular na Universidade de Surrey, disse: “Os vírus, embora minúsculos, são agentes muito complexos com estratégias muito sofisticadas contidas em seu material genético. Mas é também esse mesmo material genético que faz eles serem vulneráveis ao reconhecimento de células. A remoção do gene vSLFN protegeu os animais contra a varíola dos ratos, e acreditamos que podemos ver os mesmos resultados para outros poxvírus.

“Nossos resultados revelam a importância de ativar as moléculas responsáveis pela detecção do material genético de micróbios na luta contra os vírus. Além disso, eles também sugerem que mimetizar a ação do vSLFN pode ser uma estratégia válida para prevenir doenças auto-inflamatórias e auto-imunes que são causadas quando o material genético das é detectado pelo sistema imunológico, promovendo uma reação. “

O Dr. Antonio Alcami, do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha, disse: “A inibição viral do sensor de DNA impede a indução da resposta de IFN tipo I e complementa outro mecanismo viral para sequestrar IFN tipo I por meio da secreção de receptores isca de IFN solúveis. Isso destaca o importância da resposta do IFN tipo I no controle da imunidade. “

[Ênfase adicionada] | [Imagem extraída do Phys]

Mais informações: Viral cGAMP nuclease reveals the essential role of DNA sensing in protection against acute lethal virus infection” Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb4565

Informação do diário: Science Advances

Barulho e Fúria no Laboratório de Microbiologia.

O microbiologista Didier Raoult, tempos atrás, proporcionou a fúria nos neo darwinistas.

 

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Resumo

Aos 59 anos, Didier Raoult é o microbiologista mais produtivo e influente da França, liderando uma equipe de 200 cientistas e estudantes da Universidade de Aix-Marseille. Ele descobriu ou co-descobriu dezenas de novas bactérias, e em 2003, atordoou colegas com um vírus de tamanho recorde, chamado Mimivirus, o primeiro membro de uma família que lança uma nova luz intrigante sobre a evolução dos vírus e da árvore da vida. Controverso e franco, Raoult publicou no ano passado um livro de ciência popular que declara que a teoria da evolução de Darwin está errada. E ele foi temporariamente proibido de publicar em uma dúzia de revistas de microbiologia importantes em 2006. Cientistas do laboratório de Raoult dizem que não querem trabalhar em nenhum outro lugar. No entanto, Raoult também é conhecido por suas inimizades e seu desdém por aqueles que discordam dele.

 

Science 02 Mar 2012:
Vol. 335, Issue 6072, pp. 1033-1035
DOI: 10.1126/science.335.6072.1033

 

Obs: O artigo completo da AAAS é pago.

O DNA como uma arma de defesa imunitária.

Em Science Daily, 1 de Março, 2016. [Adaptado]

Trechos:

– O nosso sistema imune inato, utiliza dois mecanismos. O primeiro mata corpos estranhos dentro do próprio fagócito. O segundo mata-os fora da célula. Microbiologistas descobriram que uma ameba social também usa ambos os mecanismos. Uma vez que esta ameba possui um sistema de defesa inata semelhante ao de seres humanos, e ao mesmo tempo geneticamente modificável, os investigadores podem, por conseguinte, levar a cabo experiências sobre ele, de modo a compreender e combater as doenças genéticas do sistema imunitário.

160301074240_1_540x360– Microbiologistas da Universidade de Genebra (UNIGE), Suíça, acabam de descobrir que uma ameba social, um micro-organismo unicelular que vive nos solos de florestas temperadas, também usa esses dois mecanismos, e tem feito isso há mais de um bilhão de anos.

– “Na verdade, eles (os micro-organismos) também usam redes de fagocitose e de DNA para exterminar as bactérias que possam pôr em causa a sobrevivência da lesma (inglês > slug). Assim, nós descobrimos que o que acredita-se ser uma invenção de animais superiores, é, na verdade, uma estratégia que já era ativa em organismos unicelulares, um bilhão de anos atrás “, explica Thierry Soldati, último autor do estudo.

Texto completo no link (em inglês).

O que é Quorum Sensing?

Introdução

O quorum sensing (sensor de quorum) corresponde a um processo de comunicação intra e inter espécies microbianas, que permite aos microrganismos apresentarem alterações fenotípicas marcantes quando estes se encontram em altas densidades populacionais. A descoberta deste tipo de interação microbiana tornou evidente o conceito que, embora geneticamente e estruturalmente mais simples, os microrganismos têm a capacidade de se comportar como organismos complexos, capazes de se comunicar e agir coordenadamente, respondendo a diferentes estímulos de modo unificado.
Este interessante processo foi descoberto em bactérias luminescentes marinhas, habitantes de órgãos luminescentes de lulas e certos peixes.

 

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Lula exibindo luminescência

Há muitos anos conhecia-se a existência de bactérias marinhas (por exemplo Vibrio fischeri) capazes de emitir luminescência. No entanto, este fenômeno era apenas observado quando os microrganismos encontravam-se confinados nos órgãos de luz dos animais. Quando tais bactérias encontravam-se livres na água do mar, a luminescência não era observada. Estudos posteriores revelaram que durante o dia as lulas expeliam as bactérias de seus órgãos de luz mas, à medida que a noite se aproximava, estas passavam a acumular os microrganismos, que após um determinado período de tempo tornavam-se luminescentes. Em outras palavras, a emissão de luminescência estava associada à densidade populacional bacteriana. Posteriormente o processo que resultava na luminescência foi esclarecido, sendo denominado quorum sensing, uma vez que correspondia a um mecanismo de comunicação onde os microrganismos monitoravam sua densidade populacional.

O mecanismo de Quorum Sensing

Atualmente está bem definido que este sensoriamento populacional é realizado por meio de pequenas moléculas, denominadas autoindutores (AI). Os autoindutores podem ser de diferentes naturezas químicas: em organismos Gram negativos, via de regra os autoindutores são do tipo N-acil homoserina lactonas (AHL), que correspondem a pequenas moléculas que se difundem livremente para dentro e para fora das células. Em Gram positivos, normalmente os autoindutores correspondem a pequenos petídeos (hepta ou octapeptídeos) que se ligam a receptores localizados na superfície das células bacterianas.
Nos diferentes organismos que realizam o quorum sensing, o processo segue, essencilamente, as mesmas etapas.
Durante o crescimento microbiano, todas as células produzem e liberam uma pequena quantidade de autoindutores. Quando a população se encontra no meio da fase logarítmica ou no início da fase estacionária de crescimentno, a quantidade de autoindutor produzido alcança uma concentração limite, suficiente para disparar o processo de alteração da expressão gênica.
Em termos bastante simples: os autoindutores se ligam a proteínas receptoras que são então ativadas, promovendo a ativação da expressão de certos genes, podendo ainda inibir a expressão de outros genes que se encontravam ativos. Assim, o quorum sensing é ativado quando a concentração de autoindutor atinge um nível tal que sua ligação a uma proteína receptora é eficiente, permitindo a ativação transcricional de uma série de genes.


Regulação da bioluminescência em Vibrio fischeri

Para melhor ilustrar o mecanismo de quorum sensing, descreveremos o fenômeno de bioluminescência apresentado por Vibrio fischeri.
Nealson et al., (1970) revelaram que o sobrenadante de culturas densas de V. fischeri continha um composto capaz de induzir a luminescência em culturas de baixa densidade, sendo por isso denominado “autoindutor”. Este autoindutor (VAI – Vibrio AutoIndutor) foi identificado em 1981, como uma N-(3-oxohexanoil)homoserina lactona (OHHL), enquanto os genes regulatórios e estruturais necessários ao processo de luminescência (regulon lux) foram descritos em 1984, estando localizados em um segmento de DNA de 9 kb.

O regulon lux é composto por dois operons que são transcritos em direçoes opostas, sendo separados por uma região intergênica regulatória. O operon da esquerda contém o gene luxR, que codifica o ativador transcricional LuxR, que também atua como receptor do autoindutor. O operon da direita contém o gene luxI, que codifica a OHHL sintase. Abaixo do gene luxI, encontram-se os genes estruturais luxCDABE, que codificam as proteínas necessárias ao desenvolvimento da bioluminescência (subunidades a e b da luciferase – luxA e luxB, a redutase – luxC, transferase – luxD e sintetase – luxE).
Assim, em qualquer etapa de seu ciclo de vida, as células de V. fischeri estão produzindo pequenas quantidades do autoindutor (VAI), que se difunde livremente através das membranas da bactéria. Nestes estágios onde a população microbiana ainda é pequena, está ocorrendo a ligação do VAI ao seu receptor, LuxR, no entanto, tal ligação é ainda transiente. No entanto, à medida que a população aumenta, a quantidade de VAI também aumenta, até que atinge uma concentração limiar, que dispara o processo, resultando na ativação da tanscrição dos operons lux.
A proteína LuxR é modular, sendo constituída por um domínio C-terminal de ligação ao DNA e um domínio N-terminal de ligação à OHHL. A OHHL, produzida pelo gene luxI, liga-se à proteína LuxR, ativando-a. Esta quando ativada liga-se ao DNA, em um sítio específico, denominado lux box, que corresponde a uma região de 20 nucleotídeos invertidos repetidos, situada entre os dois operons lux.
O complexo VAI-LuxR liga-se ao lux box e estimula a transcrição dos operons, promovendo uma maior síntese de autoindutor, de proteína LuxR e de todo o aparato necessário à luminescência.


Regulação do operon lux pelo autoindutor de V. fischeri

Outras atividades microbianas associadas ao Quorum Sensing

Atualmente são conhecidas centenas de espécies microbianas que realizam o processo de quorum sensing, revelando que tal tipo de comunicação resulta em uma série de alterações fenotípicas apresentadas pelas culturas.
Dentre as principais atividades microbianas associadas ao quorum sensing temos:
– produção de antibióticos
– expressão de fatores de virulência
– aquisição do estado de competência (a capacidade de captar DNA do meio)
– transferência de DNA para outros organismos
– fixação de nitrogênio

Além destas atividades, cada vez mais está se tornando claro o papel ecológico desempenhado pelo quorum sensing. Sabe-se que os microrganismos sintetizam autoindutores bastante específicos, reconhecidos apenas por membros da mesma espécie. No entanto, pesquisas revelam que organismos de espécies próximas podem sintetizar autoindutores semelhantes, capazes de interferir no quorum sensing de outros organismos. Por exemplo, Staphylococcus epidermidis, um habitante da microbiota normal, sintetiza autoindutores que interferem no quorum sensing de S. aureus, um microrgnaismo potencialmente patogênico. Acredita-se que este tipo de interferência tenha como principal função impedir ou dificultar a colonização do hospedeiro por organismos invasores.

Há alguns anos foi descoberto um segundo tipo de autoindutor, denominado AI-2, que parece estar envolvido em um processo mais “geral” de cominucação microbiana. Este AI-2 seria reconhecido por um grande número de espécies, talvez atuando como uma molécula que sinaliza aos diferentes organismos a presença de outros microrganismos. Este seria um tipo de molécula que realizaria um “censo” geral da população.

A descoberta do quorum sensing trouxe novas e interessantes perspectivas para o controle microbiano, especialmente no que se refere ao tratamento de doenças infecciosas.

 

fonte: http://vsites.unb.br/ib/cel/microbiologia/quorum/quorum.html