Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu que a interação de nanomateriais com proteínas e biomoléculas provenientes de bactérias pode alterar o comportamento e a toxicidade de substâncias como o óxido de grafeno. O estudo, conduzido por Francine Côa durante sua pesquisa de doutorado no Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Cena) da USP, sob orientação do pesquisador Diego Martinez do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), resultou em um artigo publicado na revista Nanoscale Advances e destacado na capa da edição.
O óxido de grafeno é um material avançado que vem sendo amplamente explorado para aplicações tecnológicas e industriais, como baterias de carregamento rápido e dissipadores de calor para smartphones, no reforço de ligas metálicas, catalisadores, embalagens especiais e plásticos para as indústrias automotiva e aeroespacial. Também no desenvolvimento de sensores e biossensores e até em equipamentos esportivos, purificação de água e novos medicamentos. A crescente e diversificada gama de aplicações do óxido de grafeno reforça a importância de compreender seu comportamento e seus efeitos biológicos e ambientais.
O trabalho investigou como biomoléculas da bactéria E. coli interagem com o óxido de grafeno e modificam seus efeitos toxicológicos no organismo modelo C. elegans (um nematoide isolado de solos). Os resultados evidenciam o duplo papel dessa interação, que atua de forma benéfica ao mitigar a toxicidade do óxido de grafeno isolado, mas opera de forma deletéria ao intensificar a toxidade de poluentes metálicos como a prata. Para os pesquisadores, entender essas interações “nanobio” é fundamental para acelerar a inovação e desenvolver produtos cada vez mais seguros e sustentáveis.
A escolha da E. coli está diretamente relacionada ao modelo experimental em estudo: essa bactéria é utilizada como alimento do C. elegans. Durante a digestão, as células bacterianas são rompidas e liberam biomoléculas que podem interagir com nanomateriais presentes no organismo. Quando o óxido de grafeno interage com biomoléculas intracelulares liberadas por bactérias, forma-se uma camada protetora denominada “ecocorona”, que modifica tanto as propriedades físico-químicas do nanomaterial quanto o seu comportamento biológico perante organismos modelo como o nematoide C. elegans testado no trabalho.
Os resultados mostraram que essa interação pode produzir efeitos distintos. Quando recoberto pela ecocorona de E. coli, o óxido de grafeno apresentou menor toxicidade ao ser avaliado isoladamente. No entanto, quando o material revestido (coronado) foi combinado com íons metálicos (prata), o efeito foi oposto, com aumento da toxicidade e do acúmulo do metal nos organismos.
Francine Côa, pesquisadora da USP e do CNPEM, analisa material em laboratório – Foto: Divulgação/CNPEM
“A E. coli é utilizada como alimento do C. elegans, então procuramos entender se as biomoléculas provenientes da bactéria durante a digestão poderiam interagir com o óxido de grafeno e modificar sua toxicidade. Observamos que a formação da ecocorona reduz os efeitos tóxicos do material isolado, mas, na presença de metal, o efeito foi oposto, com aumento significativo da toxicidade e do acúmulo do metal”, explica Francine Côa, que atualmente atua na área de segurança de produtos na indústria farmacêutica.
Para os pesquisadores, esses resultados reforçam que avaliar a segurança de um nanomaterial apenas em sua forma “pura” pode não ser suficiente para determinar seus impactos e riscos. Em sistemas biológicos e ambientais, esses nanomateriais entram em contato com bactérias, proteínas, sais, metais e outras substâncias que podem alterar significativamente seu comportamento e seus efeitos.
“Nossos resultados reforçam a importância de desenvolver estudos laboratoriais integrados com cenários de exposição mais realísticos. Nanomateriais não permanecem inalterados após serem liberados no ambiente: eles sofrem transformações e interagem com diferentes componentes químicos e biológicos e essas interações precisam ser consideradas durante a avaliação de seus benefícios e riscos”, explica Diego Martinez, pesquisador do CNPEM e orientador da pesquisa.
Efeito “Cavalo de Troia”
A descoberta mais surpreendente aconteceu quando os pesquisadores combinaram o óxido de grafeno com íons de prata. As análises mostraram que a formação da ecocorona aumentou significativamente a capacidade do óxido de grafeno de se associar à prata. Esse resultado, somado ao maior acúmulo do metal observado nos organismos, ajuda a explicar o efeito “Cavalo de Troia” identificado no estudo.
Os efeitos foram observados em diferentes partes do C.elegans. A combinação provocou alterações intestinais, neuronais e reprodutivas. Também foi o tratamento que provocou mais destruição de células reprodutivas do nematódeo, mesmo em concentrações mais baixas de prata.
Além dos efeitos observados, o estudo traz implicações para a própria avaliação de segurança de nanomateriais. Como a E. coli é rotineiramente utilizada como alimento em ensaios com C. elegans, desconsiderar sua interação com os materiais testados pode influenciar a interpretação dos resultados. Os achados reforçam a importância de considerar essas interações no desenho e na interpretação de estudos de nanotoxicidade, contribuindo para avaliações mais robustas durante a elaboração de protocolos, normas técnicas e aspectos regulatórios.
O estudo foi conduzido pelo CNPEM em colaboração com o Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo, grupo de C. elegans da Universidade Federal do Pampa (Unipampa) e o grupo de Nanociência Ambiental da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, com apoio financeiro da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
O artigo Caenorhabditis elegans in nanosafety research: dual effect of Escherichia coli ecocorona formation on single and combined toxicity of graphene oxide está disponível on-line: https://pubs.rsc.org/NA/article-lookup/doi/10.1039/D6NA00311G
Fonte: Jornal da USP.
