O assassinato de “P. aeruginosa” pela “E. coli” suicida
Uma nova e promissora área da biologia que vem sendo muito falada ultimamente é a “biologia sintética” que procura construir sistemas biológicos geneticamente modificados capazes de desempenhar funções novas – inexistentes – na natureza. Suas aplicações permeiam a produção de drogas e biocombustíveis, a degradação de contaminantes aquáticos e mesmo a morte de células cancerosas. Apesar de a utilização de micro-organismos ser freqüente nesse tipo de abordagem, ela ainda não foi explorada como estratégia de combate a doenças infecciosas. O argumento é sempre o mesmo – o que não significa que seja, por isso, menos válido: a estagnação na descoberta/desenvolvimento de novos antibióticos e a emergência dos patógenos multidrogas-resistentes criam um campo de busca e desenvolvimento de novas abordagens contra microrganismos patogênicos. Algumas abordagens já comentei por aqui: probióticos, transplante fecal e o plasma frio .
Nesse experimento, a bactéria-pau-pra-toda-obra-modelo Escherichia coli foi “engenheirada” e utilizada para matar, especificamente, células de Pseudomonas aeruginosa.
P. aeruginosa é um patógeno oportunista dos tratos respiratório e gastrintestinal, e infecções por esses micro-organismos podem ser fatais, principalmente para indivíduos imunocomprometidos. Além disso, essa bactéria é danadinha e possui mecanismos eficientes de efluxo de drogas, o que as tornam naturalmente resistentes a diversos antimicrobianos.
Foi num laboratório de uma universidade em Singapura, que Saeidi, Wong e colaboradores desenharam e construíram uma linhagem de E. coli capaz de perceber a presença de P. aeruginosa e, como resposta, liberar um peptídeo antimicrobiano.
Vamos analisar detalhadamente o modo isso foi feito…
A E. coli produz uma proteína denominada LasR capaz de reconhecer moléculas (30C12HSL - homoseril lactona) utilizadas na comunicação (quorum sensing – saiba mais clicando aqui) entre as células de pseudomonas. Quando LasR reconhece esses sinais químicos, ela se liga a dois genes (verde e amarelo). O primeiro (verde) arma a bomba – pois ele codifica a piocina, que mata P. aeruginosa causando perfuração na parede e extravasamento do conteúdo interno da célula. O segundo (amarelo) detona a bomba – ele produz a proteína Lysis E7 que rompe a célula de E. coli, matando-a e, ao mesmo tempo, lançando no ambiente a grande quantidade de piocina acumulada.
Na foto da esquerda vemos células intactas da “E. coli - bomba”, apesar de não ser possível ver, esses micro-organismos produzem constitutivamente moléculas de LasR. Quando estimuladas com a HSL, o pavio é aceso, a LasR reconhece a HSL e ativa a produção da piocina e das proteínas de lise – é isso que vemos na foto da direita, onde vemos as E. coli em diferentes estágios de lise.
Nessa figura vemos a ação da “E. coli bomba” sobre o biofilme de P. aeruginosa. à esquerda vemos (em verde) a película forma pelas células de pseudomonas, o gráfico mostra a espessura dessa formação. Porém, após a introdução da “bomba” vemos uma significativa redução do biofilme. Observe na foto e no gráfico à direita a diminuição da quantidade de bactérias e da espessura do filme bacteriano.
Legal, não é?
Então já poderemos logo logo encontrar essas bactérias na farmácia mais próxima de casa, certo?
Não… não é bem assim que as coisas funcionam. Apesar do sucesso de redução de 90% do filme bacteriano, muita coisa ainda tem que ser feita para se estabelecer a técnica e garantir a segurança de seu uso (aqui entram, ainda, os testes em animais). Inclusive, devemos considerar o fato da E. coli ser uma bactéria Gram-negativo e possuir, em sua parede, um componente denominado lipopolissacarídeo (LPS). Conhecido, também, como endotoxina, o LPS é liberado no momento da lise é pode causar efeitos sistêmicos no hospedeiro, como febre – e dependendo da concentração pode causar morte. Além disso, um outro incoveniente está relacionado ao crescimento mais lento (cerca de 3 vezes) que a bacteria modificada apresenta. Isso se deve, provavelmente, à inserção do plasmídio que deve ser replicado, além da produção constitutiva de LasR.
Assim, acho que, no momento, mais do que o fato de a bactéria ser capaz de matar a outra, o grande avanço demonstrado por este trabalho é a possibilidade de se modificar um microrganismo programado para responder de forma determinada a estímulos específicos e predeterminado pelos cientistas.
BIBLIOGRAFIA
Saeidi, N., Wong, C., Lo, T., Nguyen, H., Ling, H., Leong, S., Poh, C., & Chang, M. (2011). Engineering microbes to sense and eradicate Pseudomonas aeruginosa, a human pathogen Molecular Systems Biology, 7 DOI: 10.1038/msb.2011.55
O antibiótico não funcionou? Que tal tentar o plasma frio!?
Os infectologistas vêm encotrando grandes desafios no dia a dia da prática médica… são as bactérias multi-drogas resistentes. Muitas dessas bactérias recebem uma sigla como identificação. Temos, como exemplo: 1) o Staphylococcus aureus resistente à meticilina, o MRSA (Methicilin Resistent S. aureus); 2) Enterococcus faecalis resistente à vancomicina, o VRE (Vancomicin Resistent E. faecalis); e mais recentemente 3) a Klebsiella pneumoniae produtora de KPC (KPC é uma enzima inativadora de antibióticos do tipo carbapenemase). Além de diferentes mecanismos para que essa resistência seja efetiva, muitas dessas bactérias crescem em biofilmes, o que dificulta a chegada do antibiótico à células bacterianas, sendo um outro mecanismo de patogenicidade relacionado à resistencia aos antibioticos.
Uma das grandes apostas nas pesquisas em microbiologia é a busca de novas formas de controle de microrganismos. Essas pesquisas variam de métodos químicos como a busca por novos fármacos, a métodos microbiológicos, como, por exemplo, os probióticos. Nesse contexto de busca de novos tratamentos, uma equipe de colaboradores russos e germânicos propuseram uma técnica física muito curiosa que envolve a utilização de plasma frio.
Primeiro, observe a imagem abaixo. A placa da direita (“original”) é uma placa de ágar Sangue, mostrada na foto em seu aspecto original e está sendo utilizada como um controle. A placa da esquerda (“plasma-treated”), mostra uma placa de ágar Sangue, na qual foi feita uma cultura de Staphylococcus aureus e posteriormente um tratamento com o plasma frio.
Observe que na região onde houve contato com o jato de plasma a baixas temperaturas, houve a formação de uma área onde 99% das bactérias foram mortas (indicado por um circulo na figura da esquerda). As áreas mais claras ao redor das colônias bacterianas, indicam que a bactéria é produtora de uma enzima que provoca hemólise, ou seja, destroem as hemáceas do sangue.
Dois outros pontos que chamam muito a atenção são;
1) Esse tratamento parece ser capaz de matar as bactérias que formam biofilmes. Biofilmes mais espessos ainda apresentam algum nível de resistência. Biofilmes são aglomerados polimicrobianos, envoltos em uma matriz gelatinosa que podem aumentar a resistencia das bactérias à antibióticos em até 1000 vezes quando comparadas às bactérias livres.
2) Quando foram realizados testes em animais, nos quais foram feitas feridas e, posteriormente, infecção com Pseudomonas aeruginosa ou Staphylococcus aureus, após um tratamento de 5 minutos, até 90% das bactérias foram mortas. Isso, sem denos aos tecidos animais e, ainda, aumentando a taxa de cicatrização dessas feridas. O que indicaria que o efeito bacteridida do plasma interfere apenas no DNA e nas estruturas de superfície bacterianas.
Mas o que seria esse plama frio?
O plasma é considerado o quarto estado da matéria… Ele é obtido ao aquecermos um gás a elevadas temperaturas. Mas são temperaturas tão elevadas, acima de 10.000 °C, que a estrutura atômica é desfeita. Leia com mais detalhes aqui e aqui.
Mas como aplicar um plasma em um tecido humano? O plasma aplicado pelos cientistas possuia um fração pequena de partículas ionizadas. Assim, o calor é distribuído entre as moléculas ionizadas e não-ionizadas, permitindo aos cientistas manter o plasma à temperatura de aproximadamente 35-40 °C (o chamado plasma frio) para realizar o tratamento.
A grande aposta dos cientistas nesse tratamento, seria a possibilidade da utilização desta abordagem terapêutica, que é muito específica, no caso de os outros métodos falharem e pelo fato de se tratar de uma metodologia cujo desenvolvimento de uma resistência microbiana seria muito difícil. Além de ser um tratamento que não envolve contato, que é indolor e não contribui com a contaminação química do ambiente.
O artigo original é este:
- S. Ermolaeva, et al. Bactericidal effects of nonthermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds. Journal of Medical Microbiology, 2010; DOI: 10.1099/jmm.0.020263-0
Mas como não consegui o acesso, o post foi escrito com as informações contidas nestes links:
