Cientistas descobrem estrutura misteriosa no interior de bactérias

Olha pela suas superfícies as bactérias podem parecer sem graça, mas há coisas por dentro delas que os olhos não veem e que são reveladoras.

Durante muitos anos, os cientistas achavam que as bactérias não possuíam estruturas internas e eram basicamente “sacos de enzimas”, de acordo com o biólogo estrutural e celular Martin Warren, da Universidade de Kent, na Inglaterra.

Agora, um grupo de pesquisadores descreveram uma rica coleção de misteriosas estruturas e compartimentos dentro das bactérias. Ninguém conhece a função dessas estruturas,  mas elas devem ser importantes para que as bactérias gastem tanta energia construindo-as, como informam os pesquisadores na revista Journal of Bacteriology,

Uma outra equipe de cientistas apresentou a primeira visão em escala atômica de um micro-compartimento bacteriano completo, e os resultados foram publicados na revista Science. Os micro-compartimentos são conchas de proteínas que as bactérias usam para manter certas reações químicas separadas do resto da célula. Saber como o micro-compartimento está montado pode ter importantes aplicações em biotecnologia e medicina, dizem os pesquisadores.

Os dois estudos demonstram como as bactérias são realmente complexas, diz Warren, que não estava envolvido  no estudo. “Ambos são trabalhos fantásticos. Se alguém pensa que a microbiologia é chata, deve dar uma olhada nisso”.

Desde a década de 1950, os biólogos sabiam que as cianobactérias fotossintéticas fazem micro-compartimentos, chamados de carboxissomos, que possuem uma importante enzima fotossintética. Cerca de 20% das bactérias – mesmo as que não fazem fotossíntese – possuem genes semelhantes ao genes responsáveis pela formação dos micro-compartimentos. Muitas dessas minúsculas câmaras aparecem apenas quando as bactérias encontram certas moléculas que podem usar como alimento. Por exemplo, algumas bactérias patogênicas formam micro-compartimentos para ajudar a digerir o muco do intestino das pessoas, diz Warren.

Muitos pesquisadores tem trabalhado na engenharia de micro-compartimentos para fazer drogas, produtos químicos industriais ou biocombustíveis. Isso tem sido difícil porque os cientistas não entenderam completamente a construção das estruturas. Eles sabiam que as proteínas se juntavam para criar unidades em forma de pentágono e hexágono, mas não sabiam como essas subunidades se juntavam em esferas multifacetadas. “É como brincar com blocos de construção de Lego, mas não entender como os tijolos se encaixam”, diz Danielle Tullman-Ercek, bióloga sintética da Northwestern University, nos EUA.

Além disso, as unidades individuais são curvas, com uma estrutura semelhante a um copo de um lado e uma protuberância do outro, diz Michael Prentice, um microbiologista, médico da University College Cork, na Irlanda. Mas não ficou claro se o copo ou a protuberância ficam no interior do micro-compartimento.

No artigo da Science, pesquisadores liderados pela bióloga estrutural Cheryl Kerfeld usaram uma combinação de cristalografia de raios X e microscopia crioeletrônica para examinar micro-compartimentos da bactéria Haliangium ochraceum e responder a essas perguntas. Os copos cobrem o exterior dos micro-compartimentos, como covinhas em uma bola de golfe, diz Kerfeld, da Michigan State University, em East Lansing e Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia.


Santuário interno

Bactérias usam conchas de proteínas chamadas micro-compartimentos para concentrar reações químicas importantes em um único lugar. Agora, os pesquisadores construíram um modelo 3D completo de um micro-compartimento de uma bactéria de água salgada chamada Haliangium ochraceum. As estruturas em forma de hexágono compostas pelas proteínas BMC-H (azul) e BMC-T (verde) combinam com pentágonos feitos de proteína BMC-P (amarelo) para criar a concha. É a maior estrutura proteica, além dos vírus, que os cientistas já viram em uma resolução à nível atômico.

Créditos: MARKUS SUTTER, MSU/LBNL. 


A equipe de Kerfeld também descobriu que os lados das subunidades podem entrar em contato de ponta a ponta para fazer folhas planas e podem juntar-se em um ângulo, fazendo uma superfície curva. “Nós não poderíamos ter previsto isso”, diz Kerfeld. Algumas das subunidades em forma de hexágono se acumulam umas sobre as outras, dando a esfera uma aparência irregular, descobriram os pesquisadores. A equipe ainda está explorando como a orientação das subunidades afeta a função do compartimento.

Micro-compartimentos não são as únicas estruturas misteriosas dentro das bactérias. Ao longo da última década, o biólogo de células estruturais Grant Jensen, da Caltech, e colegas, usaram a criotomografia de elétrons para produzir mais de 15 mil imagens de 88 espécies de bactérias. A técnica envolve congelar as células tão rápido que as moléculas de água não formam cristais. As células são preservadas como estavam em vida, permitindo que os pesquisadores vejam o que realmente está dentro.

A equipe de Jensen encontrou estruturas parecidas com a Torre Eiffel, anzóis, ferraduras, trilhos, filamentos e malhas. Muitos compartimentos diferentes dentro das células bacterianas ou entre a membrana celular e a parede celular da bactéria também se tornaram evidentes.

“Nós estávamos descobrindo-as mais rápido do que nós poderíamos identificá-las”, diz Jensen. Sua equipe publicou as imagens no Journal of Bacteriology, porque “pensamos que seria melhor para o progresso da ciência mostrá-las a todos”. Ele espera que o compartilhamento das imagens com outros pesquisadores ajude a resolver os mistérios sobre o que são essas estruturas e o que elas fazem. Veja abaixo algumas dessas imagens:

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Torre Eiffel

Uma bactéria de água doce chamada Prosthecobacter debontii fixa sua superfície com apêndices que se assemelham a Torre Eiffel em miniatura. Um criotomograma (imagem na esquerda e na extremidade superior esquerda) e um modelo 3-D da vista lateral (direita, em dourado) e vista superior (dourado, na extremidade direita) da estrutura são mostrados. Os cientistas não sabem como esses apêndices complexos são usados.

Créditos: M.J. DOBRO/JOURNAL OF BACTERIOLOGY 2017.

Matéria originalmente traduzida da revista Science News.

Vinicius Mussi

Vinicius Mussi

Capixaba, graduado em Biomedicina, com especialização em Saúde Pública e mestre em Biociências e Biotecnologia pela UENF - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro.
Vinicius Mussi

Vinicius Mussi

Capixaba, graduado em Biomedicina, com especialização em Saúde Pública e mestre em Biociências e Biotecnologia pela UENF – Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro.

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