Parceria internacional revela detalhe valioso para desenvolvimento de antibióticos eficientes contra superbactérias

Publicado em 21/05/2021
Assessoria de Comunicação em 21/05/2021

Revista Nature Communications destaca estudo de pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) em cooperação com o Institut de Biologie Structurale (IBS) da França

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), organização social do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), do Brasil e do Institut de Biologie Structurale (IBS) da França vêm trabalhando desde há quase uma década no esforço conjunto para compreender o processo de formação da parede bacteriana, a nível molecular e atômico. Este trabalho visa a busca de conhecimentos que possam explicar os mecanismos que tornam bactérias superresistentes a antibióticos e evidenciar pontos fracos do processo que possam ser alvos de novos antibióticos, mais eficientes e específicos.

O resultado mais recente dessa parceria foi publicado nesta quinta-feira, na Revista Nature Communications. O trabalho revela como a proteína MreC, que tem um papel essencial na formação da parede celular de bactérias alongadas, é capaz de se auto-associar e se organizar em forma de filamentos e até tubos. Para desvendar a arquitetura destes complexos moleculares fundamentais para a arquitetura da parede bacteriana, os pesquisadores utilizaram MreC da bactéria Pseudomonas aeruginosa, uma das principais responsáveis por casos de infecção hospitalar, naturalmente resistente aos antibióticos já disponíveis no mercado e associada a alta mortalidade.

 

Os estudos revelaram que a proteína MreC se autoassocia formando filamentos e tubos bastante estáveis, que analisamos por criomicroscopia eletrônica, cristalografia, e usando testes microbiológicos. Estas estruturas nos permitiram descobrir regiões de MreC que são importantes para a estabilidade dos tubos e para a regulação da formação da parede celular bacteriana. Portanto, estes resultados nos proporcionaram informações valiosas para o eventual desenvolvimento de antibióticos que interrompam o processo de autoassociação de MreC e provoquem a morte das bactérias, explica Andréa Dessen, pesquisadora vinculada ao IBS e ao CNPEM, responsável por dois dos grupos de pesquisa que participaram no estudo (no Brasil e na França).

Dessen destaca ainda que as estruturas reveladas são comuns a outras bactérias de formato alongado, como a Escherichia coli – uma das principais responsáveis por quadros graves de diarreia e a Helicobacter pylori – associada ao desenvolvimento de úlceras e câncer gástrico. Logo, compreender a formação desses tubos e buscar meios de inibir a auto-associação de MreC poderá eventualmente ajudar no combate a uma série de doenças bacterianas.

O estudo prossegue em várias frentes, também com parceria de pesquisadores da Eslovênia, para buscar moléculas que demonstrem capacidade de inibir a formação do complexo de proteínas que atua no alongamento da parede celular bacteriana. A busca por novos antibióticos potenciais também conta com estudos efetuados com compostos naturais da biodiversidade brasileira, graças a colaborações com o CNPEM, a USP, e a Univali.

Para mapear e compreender em detalhe atômico todo o complexo, chamado elongassomo e constituído de cerca de 10 proteínas diferentes, o grupo pretende usar fontes de luz síncrotron de última geração como o Sirius, no CNPEM. Os primeiros cristais de alguns componentes do elongassomo, usados para a padronização dos experimentos, já foram testados. Os pesquisadores trabalham agora na cristalização de complexos maiores .

Figura 1: Estrutura em crio-microscopia eletrônica de um tubo de MreC do patógeno Pseudomonas aeruginosa. Cada tubo é formado por 6 filamentos anti-paralelos que se associam lateralmente (um filamento está indicado nesta figura em verde e azul).

 

Combinação de resultados brasileiros e franceses

Para chegar aos resultados publicados na Revista do grupo Nature, os pesquisadores reuniram achados de pesquisas realizadas no Brasil e na França. Cristais da proteína MreC da bactéria P. aeruginosa foram analisadas usando a técnica de cristalografia por difração de raios X, em um dos últimos experimentos na antiga fonte de luz síncrotron (UVX) do CNPEM. Já a organização de várias moléculas de MreC na formação dos tubos foi revelada por meio de experimentos de criomicroscopia eletrônica realizados no IBS, na França.

O estudo também observou o impacto de mutações nas regiões de interação da proteína MreC.

In vitro, as mutações causam uma consequência drástica para a formação dos tubos. Em paralelo, quando introduzimos as mesmas mutações diretamente no genoma bacteriano, observamos a diminuição da quantidade de MreC produzida, indicando um efeito direto na estabilização do elongassomo, explica Dessen.

A interação entre os grupos do Brasil e da França acontece com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Andréa Dessen há anos integra o Programa São Paulo Excellence Chair (SPEC), cujo objetivo é estimular a vinda de pesquisadores de alto nível sediados no exterior para a criação e manutenção de núcleos de pesquisas no País. Além disso, os jovens que compõem o grupo de Dessen, contaram com bolsas e recursos da Fundação para realizar parte de sua formação profissional na França.

Figura 2: As mutações inseridas em diferentes regiões de interação de MreC causaram consequências diversas para a formação dos tubos. (esquerda) mutações na região 1 não afetaram a formação dos tubos; (meio) a mutação da região 2 aboliu totalmente a formação dos tubos; (direita) mutações introduzidas na região 3 impediram a formação dos tubos, mas permitiram a formação de filamentos flexíveis. A introdução das mesmas mutações nas regiões 2 e 3 do genoma bacteriano geraram cepas bacterianas apresentando uma quantidade menor de MreC, e consequentemente, com um elongassomo modificado.

 

Sobre o CNPEM

Ambiente de pesquisa e desenvolvimento sofisticado e efervescente, único no País e presente em poucos polos científicos no mundo, o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações (MCTI).

O Centro é constituído por quatro Laboratórios Nacionais e é berço do mais complexo projeto da ciência brasileira – o Sirius – uma das mais avançadas fontes de luz síncrotron do mundo.

O CNPEM reúne equipes multitemáticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais mundialmente competitivas e abertas à comunidade científica, linhas de pesquisa em áreas estratégicas, projetos inovadores em parcerias com o setor produtivo e ações de treinamento para pesquisadores e estudantes.

O Centro constitui um ambiente movido pela busca de soluções com impacto nas áreas de saúde, energia, meio ambiente, novos materiais, entre outras.

As competências singulares e complementares presentes no CNPEM impulsionam pesquisas e desenvolvimentos nas áreas de luz síncrotron; engenharia de aceleradores; descoberta de novos medicamentos, inclusive a partir de espécies vegetais da biodiversidade brasileira; mecanismos moleculares envolvidos no surgimento e na progressão do câncer, doenças cardíacas e do neurodesenvolvimento; nanopartículas funcionalizadas para combate de bactérias, vírus, câncer; novos sensores e dispositivos nanoestruturados para os setores de óleo e gás e saúde; soluções biotecnológicas para o desenvolvimento sustentável de biocombustíveis avançados, bioquímicos e biomateriais.