Pesquisadores desenvolveram uma estratégia para identificar novos medicamentos antimicrobianos com promessa terapêutica a partir de conjuntos de dados bacterianos, fornecendo pistas para descobrir alternativas aos antibióticos tradicionais.
O estudo, publicado hoje como uma pré-impressão revisada em eVidarepresenta uma nova estratégia valiosa para identificar novas lisinas (enzimas produzidas por fagos durante a infecção) com atividade antimicrobiana, de acordo com os editores. Eles descrevem a força da evidência como sólida para o potencial terapêutico de duas dessas lisinas descobertas durante o estudo — PHAb10 e PHAb11. Eles acrescentam que as descobertas serão de interesse geral para microbiologistas explorarem em mais detalhes.
A resistência aos antibióticos, onde microrganismos que causam doenças evoluem para sobreviver aos tratamentos que antes os matavam, representa uma preocupação global de saúde pública. O uso excessivo de agentes antimicrobianos em humanos, gado e agricultura industrial é a principal razão para a disseminação e acumulação dessa resistência.
“Lisinas, que são derivadas de fagos — vírus que infectam e se replicam dentro de bactérias — têm efeitos antimicrobianos e são consideradas uma alternativa promissora aos antibióticos, devido ao seu baixo risco de resistência e à maneira única como funcionam”, diz o autor principal Li Zhang, um candidato a PhD no National Key Laboratory of Agricultural Microbiology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, China. “No entanto, a descoberta de lisinas para tratar infecções é dificultada por uma quantidade limitada de dados publicados sobre o genoma de fagos.”
Estudos recentes sobre lisinas vincularam sua atividade antimicrobiana a seus peptídeos internos — cadeias curtas de até 50 aminoácidos com arquitetura semelhante a peptídeos antimicrobianos. Isso levou Zhang e colegas a ver se eles poderiam identificar novas lisinas com atividade antimicrobiana escaneando conjuntos de dados de proteomas bacterianos — ou seja, todo o conjunto de proteínas expressas pelo genoma em bactérias — em vez dos genomas em si.
A equipe usou P307, um peptídeo antimicrobiano bem documentado, como um modelo para procurar novas lisinas antimicrobianas no banco de dados do proteoma para as bactérias Bactéria Acinetobacter baumannii (A. baumannii). Este banco de dados está disponível publicamente no National Center for Biotechnology Information. O trabalho revelou cinco novas lisinas com potencial antimicrobiano: PHAb7-11. Em particular, PHAb10 e PHAb11 mostraram as mais promissoras nos testes iniciais da equipe.
Para avaliar a atividade antimicrobiana das cinco lisinas, a equipe sintetizou quimicamente suas sequências codificadoras de genes e as expressou em Escherichia coli (E. coli)células. Eles então testaram sua atividade contra três espécies de bactérias: A. baumannii, P. aeruginosa e E. coli. Isso revelou que, mesmo em baixas concentrações, as lisinas tinham alta atividade antibacteriana.
O próximo passo foi avaliar a atividade antibacteriana de PHAb10 e PHAb11 sob diferentes condições. Relatórios anteriores mostraram que as lisinas têm desempenho diferente contra bactérias na fase de vida exponencial e estacionária. Na fase estacionária, a reprodução bacteriana e o crescimento diminuem à medida que os recursos se tornam limitados, enquanto na fase exponencial, as bactérias se multiplicam rapidamente quando há muitos recursos e condições ideais. Para PHAb10 e PHAb11, a equipe observou atividade antibacteriana robusta contra seis culturas diferentes de bactérias, nas fases estacionária e exponencial. É importante ressaltar que essas lisinas foram eficazes independentemente de as culturas bacterianas serem resistentes aos antibióticos tradicionais ou não.
A equipe também descobriu que tanto o PHAb10 quanto o PHAb11 mantiveram atividade antibacteriana significativa após tratamento térmico a 100? por uma hora, diferentemente do PHAb7, PHAb8 e PHAb9, que perderam seu efeito nessas condições. Para entender a termoestabilidade do PHAb10, a equipe usou cristalografia de raios X para obter uma visão sobre sua estrutura cristalina. Eles descobriram que o PHAb10 passou por um processo de dobramento-redobramento durante o tratamento térmico, onde unidades diméricas de sua estrutura se emparelham sob estresse térmico para aumentar a estabilidade e retornar às unidades diméricas ao resfriar. Essa troca é mediada por sete pares de interações intermoleculares e é um pouco semelhante à abertura e fechamento de um zíper. Finalmente, a equipe testou o PHAb10 contra dois modelos de camundongos de infecção bacteriana, descobrindo que ele eliminou a infecção bacteriana com segurança e eficiência e, portanto, demonstrou seu potencial terapêutico.
Os revisores da eLife enfatizaram a necessidade de mais testes para melhorar a robustez das descobertas da equipe, como um ensaio vivo/morto — um método que usa corantes fluorescentes para diferenciar entre células bacterianas vivas e mortas. Isso forneceria maior percepção sobre a eficácia com que as lisinas matam bactérias.
“Nosso trabalho demonstra que big data atualizados diariamente, como genomas bacterianos e proteomas, podem ser uma ferramenta crucial na luta contra a resistência a antibióticos”, diz o autor sênior Hang Yang, professor do Key Laboratory of Virology and Biosafety, Wuhan Institute of Virology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, China. “Usamos nossa estratégia de triagem para identificar com sucesso novas lisinas antimicrobianas com promessa terapêutica. PHAb10 e PHAb11 são lisinas altamente termoestáveis, com um amplo espectro de ação antimicrobiana. Se estudos futuros validarem nossas descobertas, essas lisinas poderão ser exploradas mais a fundo como potenciais tratamentos terapêuticos.”
