Os bacteriófagos – vírus que infectam bactérias – estão atraindo atenção renovada como uma arma potencial contra infecções resistentes a antibióticos. Mas estas pequenas entidades, cruciais para combater bactérias em áreas que vão da medicina à agricultura, são notoriamente complexas. As suas estruturas intrincadas e hábitos de crescimento têm impedido o progresso científico até agora. Um novo estudo publicado na Science Advances por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) e da Universidade de Otago fornece um nível de detalhe inovador sobre um desses fagos, Bas63, abrindo portas para o design racional e inaugurando uma nova era de terapias e aplicações baseadas em fagos.
O desafio de estudar bacteriófagos
Os bacteriófagos são incrivelmente abundantes na Terra e foram descobertos pela primeira vez há mais de um século. Os primeiros pioneiros viram o seu potencial como assassinos bacterianos naturais, mas a ascensão dos antibióticos ofuscou este caminho promissor. Agora, com a resistência aos antibióticos a transformar-se numa crise de saúde global, o interesse pelos fagos aumentou. No entanto, o desenvolvimento de terapias fágicas eficazes enfrenta obstáculos significativos.
Compreender a estrutura e função destes vírus a nível molecular é crucial para manipulá-los de forma eficaz. Os bacteriófagos são complexos, muitas vezes com estruturas diversas e formas únicas de interagir com seus hospedeiros bacterianos. Esta complexidade torna difícil estudá-los de forma abrangente, dificultando o desenvolvimento de tratamentos direcionados à base de fagos.
Um fago como nenhum outro: Bas63 ocupa o centro do palco
Para enfrentar esse desafio, a equipe de pesquisa se concentrou no Bas63, um bacteriófago selecionado da coleção BASEL – um repositório que abriga dados genéticos e fenotípicos de mais de 100 fagos conhecidos por infectar E. coli. Bas63 destacou-se devido à sua estrutura invulgarmente complexa, visível mesmo através de microscopia básica. Esta arquitetura única tornou-o um candidato ideal para análises estruturais aprofundadas utilizando tecnologia de ponta.
Cryo-EM: uma janela para o mundo microscópico
Os pesquisadores empregaram microscopia crioeletrônica (crio-EM), uma técnica poderosa que permite aos cientistas visualizar moléculas em detalhes quase atômicos, congelando-as rapidamente e capturando suas imagens com um feixe de elétrons. Eles usaram uma nova técnica de “panning” dentro do crio-EM, essencialmente diminuindo a estrutura do fago passo a passo enquanto refinavam a reconstrução em cada estágio.
A combinação dessas informações estruturais de alta resolução com dados genéticos (sequências de aminoácidos) deu-lhes uma visão sem precedentes da arquitetura do Bas63. Isto permitiu-lhes identificar e mapear todas as proteínas importantes com detalhes notáveis. Os resultados revelaram características fascinantes, como proteínas únicas que decoram a cápside do fago (o invólucro proteico que envolve o seu material genético) e uma rara estrutura de bigode e colar que liga a cabeça à cauda – elementos não habitualmente vistos noutros fagos deste tipo.
Além da medicina: um fago para todos os fins?
O mapa detalhado do Bas63 abre possibilidades interessantes além do tratamento de infecções bacterianas. A identificação de regiões específicas dentro do fago que se ligam às bactérias poderia permitir aos cientistas projetar fagos com maior precisão de direcionamento, garantindo que eles atacassem apenas bactérias prejudiciais, deixando ilesas as benéficas.
Além disso, os pesquisadores destacam que as aplicações vão muito além da medicina:
- Agricultura: Controlar patógenos de plantas e aumentar o rendimento das colheitas
- Aquicultura: Combate a doenças bacterianas em peixes e mariscos cultivados
- Biotecnologia: Utilização de fagos para biorremediação (limpeza de poluição) ou processos industriais como produção de alimentos e tratamento de águas residuais
Um projeto para o futuro
O professor Matthias Wolf, líder da Unidade de Microscopia Crioeletrônica Molecular do OIST, enfatiza as implicações mais amplas: “Ao fornecer este nível de visão estrutural e compreensão biológica, podemos permitir o design racional de fagos e transformar a forma como as doenças são tratadas.”
O projeto detalhado do Bas63 fornece uma ferramenta poderosa para os pesquisadores adaptarem os fagos às necessidades específicas, inaugurando uma era de terapias fágicas personalizadas e aplicações inovadoras em diversos setores. As descobertas mostram o potencial transformador da análise estrutural meticulosa, abrindo caminho para desbloquear o arsenal microscópico da natureza para o benefício da humanidade e além dela.
