Nova família de proteínas virais pode ter aplicações em nanorreatores e até vacinas
Estruturas identificadas em pesquisa têm capacidade de encapsular moléculas e funcionar como sistemas organizados em escala nanométrica, com potencial para aplicações em saúde e biotecnologia
Uma pesquisa publicada na revista Structure, da Cell Press, descreve pela primeira vez a estrutura da proteína YfdQ, presente em abundância nos fagos, ou bacteriófagos – vírus que infectam apenas bactérias. O trabalho, conduzido por pesquisadores do Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (Cepid B3), mostra que a proteína forma uma estrutura oca semelhante a uma gaiola e tem potencial para aplicações futuras em biotecnologia e saúde, como entrega de moléculas e encapsulamento de compostos.
Para investigar o formato e os possíveis papéis da proteína, a equipe isolou a YfdQ a partir de bacteriófagos que infectam a bactéria Xanthomonas citri, capaz de produzir grandes quantidades dessas estruturas até então desconhecidas. Os pesquisadores empregaram diferentes técnicas, incluindo microscopia, amplificação de genes e criomicroscopia eletrônica – método que utiliza ultracongelamento para permitir a visualização detalhada de biomoléculas em nível atômico.
Milhares de imagens foram coletadas e processadas, resultando na construção de um modelo tridimensional da proteína. Além disso, a equipe avaliou o crescimento de bactérias expressando a YfdQ e concluiu que a proteína não afeta, ao menos diretamente, esse processo. O trabalho revelou que a proteína se organiza em uma estrutura oca e altamente simétrica.
“Essa estrutura em forma de lanterna marroquina é inédita para proteínas de fagos”, afirma Gabriel Araujo, pesquisador do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da USP e autor do estudo, comparando o formato encontrado às luminárias árabes. De acordo com o estudo, o espaço interno “vazio” nessa estrutura pode servir como um compartimento onde reações virais ocorrem de forma isolada e organizada, por exemplo, durante a replicação do vírus ou em respostas a estresses.
Embora a função exata da YfdQ ainda não tenha sido identificada, chama a atenção sua ampla distribuição. “Ela está presente em diversos cenários, incluindo bacteriófagos líticos, lisogênicos e fagos crípticos” , destaca Davi Merighi, também pesquisador do ICB e autor do estudo. Como esses vírus adotam estratégias muito diferentes de infecção, a presença recorrente da proteína sugere um papel importante e conservado na biologia dos fagos. “Temos evidências de que seu mecanismo pode favorecer a infecção viral em diversas espécies de bactérias ao invés de ser concentrado em um grupo pequeno”, acrescenta.
Para a saúde e a biotecnologia, a descoberta abre possibilidades promissoras. “Temos agora um arcabouço inédito para ser explorado”, diz Araujo. Segundo ele, estruturas proteicas ocas e simétricas como a YfdQ são especialmente interessantes por sua capacidade de encapsular moléculas e funcionar como sistemas altamente organizados em escala nanométrica.
“Já foram sugeridos para esses nanomateriais biológicos usos como sistemas de liberação de fármacos ou como nanorreatores, encapsulando enzimas”, explica. Entre as aplicações mais promissoras está também o desenvolvimento de vacinas, em que essas estruturas poderiam servir como plataformas para a exibição de antígenos – moléculas que ativam as defesas do organismo – ao sistema imunológico, potencializando a resposta imune.
Funções ainda desconhecidas
Apesar do potencial, os pesquisadores ressaltam que ainda há etapas fundamentais a serem cumpridas. Antes das aplicações práticas, é necessário compreender a função da YfdQ no ciclo de vida dos vírus e como sua montagem é regulada. Questões como estabilidade, controle de encapsulamento e interação com células hospedeiras ainda precisam ser investigadas.
Nesse sentido, a equipe pretende avançar nas investigações em diferentes frentes. “Estamos trabalhando com a YfdP, a proteína vizinha de YfdQ, que também tem função desconhecida”, explica Merighi. “Observamos que ambas estão evolutivamente associadas, o que sugere que atuam de forma conjunta em um mesmo processo biológico”, afirma.
Araujo adianta que um dos próximos passos é determinar a estrutura de variantes de YfdQ presentes em diferentes fagos e bactérias, ampliando o entendimento sobre a “coleção de lanternas marroquinas” do mundo viral. Para os pesquisadores, no entanto, esse é apenas o começo. “Os genomas de vírus ainda são repletos de proteínas desconhecidas e evoluem muito rapidamente; com certeza ainda temos muito o que explorar”, conclui Merighi.
O Cepid B3 é é uma rede sediada no Instituto de Química (IQ) da USP, que reúne instituições de pesquisa para investigar os mecanismos de reprodução e comportamento das bactérias e de seus principais predadores, os bacteriófagos. Os projetos têm financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
Matéria: Bianca Bosso | Jornal da USP.