Cientistas da Califórnia descobrem mecanismo de ‘cápsula de escape’ usado por bactérias para sobreviver

Uma descoberta pioneira revela um surpreendente mecanismo de “cápsula de escape” em comunidades de bactérias, anteriormente estudadas em relação a ambientes marinhos. Este é o primeiro registro conhecido de tal comportamento no reino bacteriano.

Diante do término de seu ciclo vital, esses aglomerados microscópicos liberam estrategicamente um grupo de células, assegurando assim a continuidade da espécie através da formação de novas colônias.

Siga o Mix Vale no Google e veja nossas notícias primeiro

Os cientistas conseguiram utilizar essa nova compreensão para desmantelar biofilmes, o que abre um caminho promissor para o combate a bactérias que desenvolveram resistência a medicamentos.

Embora a ficção científica explore há tempos a ideia de cápsulas de escape para salvar personagens, biólogos da Universidade da Califórnia em San Diego (UC San Diego) identificaram uma capacidade similar em colônias de bactérias, evidenciando uma estratégia de sobrevivência inesperada no mundo microscópico.

Biofilmes, que são agrupamentos de bactérias, crescem vigorosamente em diversas superfícies. Esses conjuntos celulares são encontrados com frequência em ecossistemas aquáticos, aderindo a rochas e formando camadas viscosas em encanamentos, além de estarem presentes em regiões do corpo humano como a pele e a cavidade bucal.

A equipe da UC San Diego, liderada pelo Professor Gürol Süel, da Escola de Ciências Biológicas, foi a primeira a registrar a ejeção de biofilmes enquanto investigava a bactéria Bacillus subtilis. Até então, a crença era que biofilmes em declínio apenas se desintegravam, mas um estudo comparativo revelou que a ejeção celular é uma característica raríssima, observada apenas em águas-vivas no reino animal, tornando a descoberta bacteriana ainda mais singular.

“Constatamos que, ao se aproximarem do fim de sua existência, esses biofilmes lançam células selecionadas para fora de sua estrutura com grande energia”, explicou Süel, professor do Departamento de Biologia Molecular, ao comentar sobre a pesquisa divulgada na Nature Microbiology em 7 de julho. Ele acrescentou que o biofilme “detecta o perigo e, em resposta, projeta células para fora da comunidade, como se fossem cápsulas de escape”.

Mecanismo de defesa biológico em detalhes

Sob a coordenação dos estudantes de pós-graduação Todd Kwang-Tao Chou e Alejandra Dau-Martinez, a equipe empregou equipamentos de alta resolução para capturar imagens de biofilmes em escala celular. Essa abordagem inovadora permitiu um aprofundamento no estudo da matriz extracelular (MEC), uma intrincada rede molecular que une e suporta as células. Além disso, a colaboração com pesquisadores da Universitat Pompeu Fabra, na Espanha, por meio de modelagem matemática, foi fundamental para desvendar os princípios físicos que regem o processo de ejeção, até então um mistério.

Os pesquisadores do laboratório de Süel identificaram que a força motriz por trás dessa ejeção é uma rede polimérica auto-organizada, conhecida como hidrogel. Em particular, a criação de um polímero chamado ácido poli-γ-glutâmico (γ-PGA) gera um hidrogel capaz de absorver até mil vezes seu próprio peso em água. O inchaço resultante do γ-PGA empurra as células internas, forçando-as a romper as camadas externas e escapar do biofilme.

Impacto da descoberta e potenciais aplicações em saúde

Os cientistas concluíram que essa habilidade de ejeção é crucial para a resiliência dos biofilmes. Quando confrontados com a falta de nutrientes ou outras adversidades, os biofilmes asseguram a perpetuação de sua comunidade ao expelir células móveis, que então podem se deslocar e iniciar novas colônias em ambientes mais favoráveis.

Segundo Süel, “o biofilme tem consciência de que está à beira da morte, por isso ejetam algumas de suas células para garantir que elas possam sobreviver e persistir em outro momento”.

Após minuciosa descrição do processo, a equipe validou suas conclusões ao controlar e modificar a função de ejeção utilizando métodos genéticos e químicos. Um resultado significativo foi a demonstração da possibilidade de induzir a desintegração do biofilme através da superprodução de γ-PGA.

Considerando a elevada resistência de muitos biofilmes bacterianos aos antibióticos, um desafio cada vez maior para a saúde pública global, a capacidade de desintegrá-los oferece uma perspectiva revolucionária. Essa abordagem inovadora pode se tornar um novo método para erradicar comunidades bacterianas prejudiciais, sem a necessidade de recorrer a fármacos tradicionais, potencialmente combatendo as chamadas “superbactérias”.

“Comprovamos que os biofilmes podem ser induzidos a se dispersar sem o emprego de antibióticos ou agentes químicos nocivos, apenas pela superprodução de γ-PGA”, afirmaram os cientistas em seu estudo. Os achados também podem oferecer insights valiosos para entender melhor a propagação do câncer, dado que tumores e biofilmes bacterianos compartilham semelhanças, como a metástase, processo em que células tumorais se desprendem e se espalham pelo corpo.