Cientistas que descreveram em um novo estudo os detalhes passo a passo de uma estratégia de defesa bacteriana veem o mecanismo como uma plataforma promissora para o desenvolvimento de um novo método de edição de genoma.
O sistema envolve duas proteínas que se unem para desabilitar plasmídeos, pequenas moléculas de DNA que trocam informações genéticas entre diferentes linhagens bacterianas. Embora os plasmídeos forneçam benefícios evolutivos, eles também podem ser vistos pelas bactérias hospedeiras como ameaças.
A equipe de pesquisa determinou que uma proteína usa um pequeno pedaço de DNA — conhecido como guia de DNA — para desencadear eventos que recrutam outra proteína para cortar o plasmídeo.
Além de revelar um segredo para a sobrevivência bacteriana, a pesquisa descobriu componentes que podem ser aplicados à edição genética: DNA guia, que é mais estável e mais barato de sintetizar do que o RNA guia, e uma proteína funcional pequena o suficiente para ser introduzida em células de mamíferos para fins de detecção de DNA e edição genética.
“Este sistema tem grande potencial para ser desenvolvido em uma ferramenta de edição de genoma”, disse Tianmin Fu, professor assistente de química biológica e farmacologia na Faculdade de Medicina da Universidade Estadual de Ohio. “Estamos agora tentando testar se ele pode ser reprogramado em uma tecnologia útil.”
O artigo foi publicado em 21 de agosto na revista Célula.
A presença de plasmídeos em bactérias é bem conhecida: algumas bactérias secretam plasmídeos, e as moléculas também podem se mover de uma célula para outra para compartilhar informações genéticas.
“É por isso que as bactérias evoluem tão rapidamente”, disse Fu. “Às vezes, os plasmídeos podem se integrar ao DNA genômico, mas isso acontece de forma bastante aleatória. Eles podem causar dificuldade para a sobrevivência bacteriana individual, mas os plasmídeos beneficiam a comunidade a longo prazo porque a informação genética permite que as bactérias adquiram novas características.”
Ainda assim, as bactérias tendem a querer eliminar os plasmídeos para evitar quaisquer ações ameaçadoras aleatórias que possam tomar.
Fu e colegas usaram Vibrio cholerae bactérias como modelo para estudar o sistema de defesa plasmídeo conhecido como DdmDE, composto por proteínas chamadas DdmD e DdmE, utilizando microscopia crioeletrônica para observar suas funções.
O processo começa com a ligação de DdmE a um fragmento de DNA muito curto, conhecido como DNA guia, que permite que a proteína reconheça um plasmídeo alvo e o prenda criando uma formação de bolhas usando uma das fitas duplas do plasmídeo. O complexo de bolhas recruta a proteína DdmD, que pode se ligar apenas à fita livre restante do plasmídeo. Uma vez ligada, a DdmD se dissocia em duas moléculas separadas que funcionam como cortadores para cortar o plasmídeo em pedaços.
Dados preliminares dos experimentos da equipe sugeriram que um fragmento de plasmídeo remanescente após DdmD cortá-lo poderia funcionar como um segmento de DNA guia ao qual DdmE poderia se ligar para repetir o processo.
“Parece haver um ciclo de feedback”, disse Fu. “Depois que você cria fragmentos de plasmídeo, mais DdmE pode adquirir os fragmentos como guias para atingir mais plasmídeos na célula.”
No entanto, ele acrescentou: “Como o primeiro guia foi criado na célula não está claro para nós no momento. É uma situação de ‘ovo e galinha’.”
A descoberta foi inesperada porque DdmE tem qualidades semelhantes a uma superfamília de proteínas Argonaute que desencadeiam a morte de suas bactérias hospedeiras para evitar a invasão de plasmídeos. Argonautas, no entanto, são auxiliadas pelo RNA guia, não pelo DNA guia — e o DNA guia é uma das principais razões pelas quais o sistema DdmDE é atraente como uma plataforma para edição de genoma voltada para a prevenção de doenças.
“Como o DdmE precisa de DNA guia, podemos sintetizar DNA guia para atingir uma área muito específica em um genoma”, disse Fu. “Estamos testando isso agora em células de mamíferos para ver se vai funcionar, e vemos algum potencial aí.”
Esta pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde.
Os coautores, todos da Universidade Estadual de Ohio, incluem Xiao-Yuan Yang, Zhangfei Shen, Chen Wang e Kotaro Nakanishi.
