Thabata Oliveira | Agência FAPESP * – Uma estrutura misteriosa que insistia em contaminar amostras de laboratório levou pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) a uma descoberta surpreendente: uma cápsula proteica viral com uma arquitetura até então desconhecida pela ciência. Produzida por um bacteriófago – um vírus que infecta bactérias –, a nova estrutura poderá inspirar novas aplicações em biotecnologia, como plataformas para vacinas e sistemas de transporte de moléculas. A descoberta foi publicada na revista Structure, do grupo Cell Press, e ilustra a capa da edição de agosto.
“Foi uma proposta completamente exploratória. Não existia nenhum relato na literatura científica sobre essa proteína, muito menos sobre sua estrutura”, explica o biomédico Davi Gabriel Salustiano Merighi, primeiro autor do trabalho, realizado durante seu doutorado no Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP, com bolsa da FAPESP.
O trabalho foi desenvolvido por integrantes do Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (CEPID B3), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão apoiado pela Fundação.
Intruso nas amostras
Bacteriófagos, ou simplesmente fagos, vêm despertando crescente interesse científico por seu potencial uso no combate a infecções bacterianas, oferecendo uma alternativa promissora aos antibióticos. Foi nesse contexto que a equipe da USP estudava o fago ΦXacm4-11, que infecta a bactéria Xanthomonas citri, causadora do cancro cítrico, uma das principais doenças que afetam a citricultura.
Durante os experimentos, no entanto, um “intruso” aparecia repetidamente. Nas imagens de microscopia eletrônica, além dos fagos que pretendiam estudar, os pesquisadores encontravam grandes partículas em forma de rosquinha que eram purificadas junto com os vírus.
“Sempre que infectávamos a bactéria e íamos purificar os fagos, essas partículas apareciam em grande quantidade. Além de contaminar as amostras, elas atrapalhavam nossos experimentos. Conversamos com outros pesquisadores, e todos diziam que aquilo acontecia o tempo todo”, conta Cristiane Rodrigues Guzzo, professora do ICB-USP e coordenadora do estudo.
Em vez de descartar aquele “ruído” experimental, a equipe decidiu investigá-lo. “A ideia inicial era identificar a origem da contaminação para eliminá-la das amostras. Não sabíamos se era algo produzido pela bactéria ou pelo vírus, nem sequer qual era sua composição. Foi um trabalho de ciência básica: havia um fenômeno diante de nós, e decidimos investigá-lo”, explica Guzzo.
Esfera fechada a zíper
O primeiro passo foi descobrir do que aquelas partículas eram feitas. Depois de separá-las dos vírus, a equipe empregou a espectrometria de massas para determinar sua composição. Essa técnica funciona como uma espécie de “balança” molecular de altíssima precisão, capaz de identificar as substâncias de uma amostra com base na massa de suas moléculas.
As análises mostraram que toda a estrutura é formada por um único tipo de proteína viral, chamada YfdQ. Isso significa que cada molécula de YfdQ funciona como uma peça de montagem: várias cópias idênticas se encaixam para formar uma única estrutura (um complexo proteico).
Para descobrir como essas “peças” se organizam, os pesquisadores recorreram à criomicroscopia eletrônica (cryo-EM), técnica que revolucionou a biologia estrutural ao permitir reconstruir, em três dimensões e em alta resolução, estruturas como vírus e complexos proteicos.
A investigação revelou que a suposta “rosquinha” era, na verdade, algo diferente. Ao determinar sua arquitetura tridimensional, os pesquisadores descobriram que 36 cópias da YfdQ se organizam para formar um tipo de esfera oca, composta por dois hemisférios idênticos com 18 proteínas cada e aberturas nos dois polos. Juntas, essas 36 cópias somam 1,1 MegaDalton de massa (o equivalente a 1 milhão de vezes a massa de um átomo de hidrogênio) e formam uma estrutura de aproximadamente 19 nanômetros de diâmetro (um nanômetro corresponde à bilionésima parte do metro). Apesar da escala invisível a olho nu, para os padrões das proteínas “é enorme”, afirma Guzzo.
O aspecto mais marcante da estrutura é a maneira como os dois hemisférios se conectam. Cada proteína se entrelaça com as proteínas da metade oposta, formando uma espécie de costura contínua ao redor da esfera. Merighi compara esse encaixe a um zíper.
Nos dois polos da esfera, os pesquisadores observaram ainda uma espécie de tampa, cuja composição e função permanecem desconhecidas. “Ainda não sabemos se essa tampa auxilia no encapsulamento de uma possível carga ou se é necessária para estabilizar a estrutura”, afirma Merighi.
Os métodos utilizados também não permitiram determinar se a cápsula transporta alguma molécula em seu interior. Segundo os pesquisadores, caso esse conteúdo exista, ele pode estar distribuído de forma desorganizada, o que dificulta sua visualização por criomicroscopia eletrônica.
Potencial biotecnológico
Embora sua função natural permaneça um mistério, desvendar a estrutura da YfdQ representa um avanço importante. Seu formato esférico, altamente simétrico e oco, lembra outras cápsulas proteicas que já vêm sendo exploradas pela nanomedicina. Estruturas desse tipo, como as partículas semelhantes a vírus (VLPs, na sigla em inglês), vêm sendo utilizadas no desenvolvimento de vacinas e como veículos para transportar moléculas até alvos específicos no organismo – estratégia conhecida como drug delivery.
“O que despertou nosso interesse foi justamente a estrutura da proteína. Por formar esse compartimento, ela pode ser engenheirada para diferentes aplicações”, diz Merighi. Para isso, porém, será necessário compreender melhor sua organização. Saber quais regiões da proteína ficam expostas na superfície da cápsula, por exemplo, é essencial para modificar sua estrutura sem comprometer sua montagem.
Outra característica chamou a atenção da equipe. Simulações computacionais indicaram que cada hemisfério parece ser relativamente estável por conta própria. A hipótese ganhou força quando os pesquisadores voltaram aos dados de microscopia e identificaram hemisférios isolados em amostras produzidas por bactérias geneticamente modificadas. Embora ainda especulativa, essa característica levanta a possibilidade de que a estrutura possa se abrir para receber uma carga em seu interior e, em seguida, voltar a se fechar. Nesse cenário, os dois hemisférios funcionariam como uma concha, abrindo-se e fechando-se ao longo da região onde as proteínas se encaixam, formando o “zíper”.
Próximos passos
Os próximos passos da pesquisa deverão seguir duas frentes. A primeira será investigar outra proteína produzida pelo mesmo bacteriófago, chamada YfdP. Os pesquisadores acreditam que ela possa estar ligada ao funcionamento da cápsula recém-descoberta e esperam que seu estudo ajude a revelar qual é o papel dessa estrutura durante a infecção da bactéria pelo vírus.
Atualmente, Merighi realiza parte do doutorado no Imperial College London, na Inglaterra, com uma bolsa da FAPESP, onde investiga uma estrutura de outro bacteriófago por meio de criomicroscopia eletrônica. Ao retornar ao Brasil, dará continuidade aos estudos sobre a YfdP, que em experimentos iniciais já apresentam resultados promissores.
Outra questão que desperta interesse é saber se outros bacteriófagos também produzem cápsulas semelhantes. Como proteínas relacionadas à YfdQ são encontradas em diferentes fagos, os pesquisadores pretendem investigar se essa arquitetura está mais disseminada do que se imaginava e como ela varia entre diferentes vírus.
O trabalho agora publicado também recebeu financiamento da FAPESP por meio de outros 13 projetos (19/00195-2, 20/04680-0, 22/08730-7, 25/02664-0, 17/17303-7, 20/11189-0 e 22/03018-7) e bolsas concedidas (22/04601-8, 22/12975-5, 18/21076-9, 23/16089-2, 23/18211-0 e 25/05583-1).
O artigo Cryo-EM structure of YfdQ reveals a widespread family of bacteriophage-associated proteins with shell-like assemblies pode ser lido em: sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0969212626001553.
* Thabata Oliveira é bolsista de Jornalismo Científico da FAPESP vinculada ao IQ-USP.
Fonte ==> Folha SP
