Micromundo: Internet Genética Bacteriana e Tratamentos

Duas Guerras

Os patógenos, para se replicarem necessitam não só demanipular a sinalização celular e subverter o sistema imunológico mas ainda têm pela frente outra barreira: as bactérias que vivem no próprio organismo. 1 grama de intestino grosso contém cerca de 60 mil milhões de bactérias.

Uma das formas que as bactérias patogénicas usam para eliminar a concorrência bacteriana e causar diarreia. A exemplo desta estratégia, Citrobacter rodentium – variante de E. coli que ataca ratos – inflama o intestino e um influxo de células imunes que eliminam um importante subtipo de flora intestinal desses animais.  Assim, podem multimplicar-se mais rapidamente.

Uma outra estratégia pertence à Salmonella, variante que ataca ratos. Esta bactéria imita o comportamento da flora intestinal do animal.

Intenet Genética

As interacções entre os microrganismos oferece uma oportunidade de aquisição e troca de ferramentas. O intestino funciona como uma internet microbiana, com uma grande interacção microbiana e, desta forma, grande troca de informação genética.

Como há um grande índice geracional nestes microrganismos, e como a partir de poucos são produzidos muitos numa única célula, a taxa de mutação é muito grande. Como tal a aquisição de mutações ou a troca, com outros microrganismos que se encontram na mesma célula, de material genético conferem competição diferencial positiva. É certo que muitos, devido às mutações, deixam de ser patogénicos mas os que continuam a ser patogénicos podem ter adquirido ferramentas poderosas.

A aquisição de novas ilhas de patogenicidade confere uma vantagem ao microrganismo, ao permitir a colonização de outro hospedeiro ou permitindo uma maior agressividade no mesmo hospedeiro. Pensa-se que a E.coliO157 surgiu no fim dos anos 70 ao adquirir uma ilha de patogenicidade que codifica uma nova T3SS que permite a produção da toxina Shiga. Esta toxina produz diarreia e doenças renais.

Tratamentos

Os sistemas de injecção do material genético das bactérias para o interior das células dá ideias para terapias. Uma nova vacina contra a E.coliO157 basia-se no conhecimento do sistema de secreção da bactéria. A vacina contém pedaços do T3SS e de alguns efectores para que o sistema imunitário possa reconhecer essas proteínas antes da possível infecção. Este tratamento destina-se a gado.

Outra estratégia de tratamento é o foco dos factores de virulência. Ao desligar os genes que expressam esses factores a bactéria torna-se inofensiva. A criação de moléculas bloqueadoras da adesão bactéria/célula também tem sido foco de atenção.

 

Fonte: Scientific American,  "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010

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Micromundo: Evolução e Aquisição de Estratégias

A similaridade entre células imunitárias e os hospedeiros bacterianos externos sugere uma explicação para novas tácticas de sobrevivêcia bacteriana.

Legionella - O comportamento da Legionella pode mostrar a origem dos sistemas de secreção bacterianos, que evoluíram não para transmitir doenças mas para protege-las dos ataques do sistema imunitário dos hospedeiros. O T4SS é normalmente usado quando fagocitada por amebas do solo, idênticos aos fagócitos humanos.

Yersinia pestis – Quando os fagócitos tentam eliminar a bactéria, a T3SS bacteriana injecta, pelo menos, quatro efectores que param a maquinaria da célula imune antes da destruição da bactéria. Esses fagócitos com bactérias presas à sua superfície entram nos nódulos linfáticos, onde se multiplicam e causam inchaços ou bubos – é a peste bubónica.

Os patógenos afinam os seus sistemas de secreção para reprogramarem a sinalização celular.

Shigella dysenteriae – causa disenteria. Possui T3SS que injecta cerca de 30 efectores. É arrastada para o interior da célula pela ondulação membranar e utiliza a maquinaria do citoesqueleto para viajar no interior celular e, assim, invadir uma célula vizinha. Desta forma consegue evitar as células imunitárias.

Alguns dos sinais emitidos atraem células endríticas para o local da infecção. A bactéria penetra nas células dendríticas e são levados através do interstino. O rompimento da parede intestinal provoca diarreia.

Outras bactérias evitam a resposta imunitária adquirida pelos linfócitos-T e células-B através da alteração constante das proteinas superficiais de membrana (Shigella)

A Salmonella inicia uma sinalização interna em cascata que induz a apoptose dos fagócitos antes de estes interagir com as células do sistema imunitário adquirido.

Fonte: Scientific American,  "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010

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Micromundo: Armas Bacterianas

Os microrganismos, no corpo humano, vivem na proporção de 10 para 1 em relação às nossas próprias células. O que quer dizer que nós somos, na realidade, um décimo. Os outros 90% do corpo são microrganismos.

As doenças infecciosas são a segunda maior causa de morte no mundo. A tuberculose mata cerca de 2 milhões de pessoas por ano. Nas últimas décadas a ciência arranjou uma forma de protecçãncia arranjou uma forma de protecçoemundo. oporço contra as cerca de 100 perigosas para nós ao usar antibióticos. Contudo as bactérias conseguiram arranjar estratégias para combater os antibióticos. Apareceram as bactérias resistentes.

As bactérias injectam proteínas no interior das células que reprogramaam a maquinaria celular. Algumas até são capazes de eliminar as células benignas para ter um maior controlo.

1-      E. coli enterohemorrágica O157 – No trato gastro-interstinal, liga-se à parede do intestino e produz uma toxina que induz a diarreia com sangue. Esta bactéria sintetiza o seu próprio receptor e consegue introduzi-lo atravéz do sistema de secreção tipo 3 (T3SS).

                                                               i.      T3SS – injecta a molécula Tir e outras 40 moléculas efectoras na membrana do hospedeiro para ligar uma das moléculas de superfície à Tir. A actina do citoesqueleto da bactéria começa a formar polímeros que empurram a membrana celular por dentro até formar um pedestral.

2-      Helictobacter pylori – liga-se às células epiteliais do estômago e começa a alterar o ambiente para promover a própria sobrevivência. Liberta a ureaze para combater a acidez do estômago. Desta forma, esta bactéria, causa úlceras e é a única que pode causar câncro. Não precisa de entrar na célula para causar infecção.

                                                               i.      T4SS – injecta a proteina efectora CagA. Esta proteína induz as células epiteliais a mostrar mais receptores, onde a H. pylori se liga. Pode também alterar a sinalização interna por forma a alongar, dispersar e, assim, matar as células. Forma-se a úlcera.

3-      Salmonella – causa diarreia em mais de mil milhões de pessoas. Penetra na membrana celular.

                                                               i.      Usa variante T3SS – Ilha de patogenicidade da Salmonella 1 (SPI-1). Injecta  na célula epitelial  efectores que reorganizam a polimerização da actina por forma a produzir um aspecto ondulatório na membrana celular. A ondulação envolve a bactéria e arrasta-a para dentro da célula hospedeira. As moléculas introduzidas por SPI-1 induzem a diarreia.

A Salmonella, ao penetrar as células epiteliais chega à barreira das células imunes. No vacúolo fagocítico, a bsctéria liberta uma segunda T3SS (SPI-2)

                                                             ii.      T3SS (SPI-2) - As proteinas libertadas convertem a membrana do vacúolo, para que moléculas assaninas não possam penetrá-lo. Assim, pode replicar-se no seu interior de forma segura. Este sistema permite a sobrevivência no interior dos fagócitos.

Salmonella Typhi, que causa a febre tifoide utiliza o mecanismo SPI-2. Desta forma pode alcançar tecidos mais além.

4-      Legionella pneumophinla – responsável pela “doença do legionário”

                                                               i.      T4SS – Injecta cerca de 80 efectores nos fagócitos. Alguns desses efectores subvertem o vacúolo para que possam replicar nele com segurança.

Fonte: Scientific American,  "A Arte da Guerra Bacteriana", Brett Finlay, Março 2010

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Uma Profecia Científica: O Início da Era da Biologia Sintética

Nos últimos dez anos assistimos a um progresso exponencial do entendimento da genética. Há dez anos foi o anúncio da sequenciação do genoma humano. Em 2003, os investigadores do Instituto J. Craig Venter criaram a versão sintética do bacteriófago phiX174. Quatro anos mais tarde obtiveram a transformação de uma espécie de bactéria por transplante de genoma.

Actualmente as instruções podem ser implantadas em células de outra espécie para que estas expressem essas proteínas. Esta engenharia, de projectar sistemas vivos que desempenham funções não encontradas na Natureza provoca um grande impacto. Basta imaginar que podemos construir bactérias que produzem gasolina ou que destroem dióxido de carbono, ou até organismos geneticamente modificados que operam em células cancerígenas.

A informação contida no texto acima está num artigo de Lawrence M. Krauss, da Scientific American de Março de 2010. Isto é, Krauss previu, e bem, que o início da Era da Biologia Sintética estava a chegar. De facto, assim foi:

Em Maio de 2010 O Instituto Craig Venter criou a primeira célula sintética no que foi intitulado o início da “Era da Biologia Sintética”.

Podemos dizer que foi uma espécie de Profecia Científica.

Hoje temos a oportunidade de modificar o genoma de alimentos para que durem mais ou para que não sejam afectados por pragas e doenças. Outra grande vantagem dos organismos geneticamente modificados (OGM) é que não necessitam de pesticidas, aliviando o alimento e, também, o ambiente.

Actualmente já temos cartilagem criada em laboratório para substituir em caso de acidente. Daqui a poucos anos teremos packs de células especializadas para substituir em caso de necessidade.

O texto original está aqui.

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O Novo Poder das Vacinas II - Imitar Para Proteger

Na década de 1880 William Colley descobriu uma técnica para estimular a resposta imunológica. Descobriu os adjuvantes.

Já no século XX Gaston Ramon e Alexander Glenny experimentaram tapioca e hidróxido de alumínio para potenciar o efeito das vacinas contra o tétano. Durante os anos 30 foi descoberto que os antigénios suspensos em emulsões de óleo e água podem aumentar o mesmo efeito. Contudo, muitos destes aditivos aprestentavam efeitos indesejados.

Após ter havido uma diminuição no interesse pelos adjuvantes, o HIV, nos anos 80, motivou uma pesquisa de novas combinações de adjuvantes para tentar combater o vírus.

Em 1997 ocoreu uma descoberta bastante importante nesta área: há receptores celulares especializados em reconhecer padrões de parte de microrganismos. Detectam patógenos e fornecem o sinal de perigo que estimula as células dendríticas. Os receptores Toll-like (TLR) são os mais importantes para accionar as células dendríticas.

Novas Vacinas

Nos anos 80 e 90 houve uma tentativa de identificar adjuvantes naturais, e também sintéticos para modular a resposta imunitária. Os adjuvantes tradicionais, o alume e as emulsões de óleo em água (MF59 e AS03) estão aprovadas na Europa para uso nas vacinas da gripe.

Os avanços científicos permitiram a eliminação de elementos tóxicos nos adjuvantes e misturar substâncias para que a resposta imunitária fosse optimizada. Surgiu, assim, um novo adjuvante, o monofosforil lipídio A (MLP), produzido pela desintoxicação e purificação de um lípido da molécula LPS.

Uma nova vacina foi desenvolvida por um grupo de investigadores. É baseada no antigénio RTS,S, formado por uma proteína recombinante presente na superfície do parasita da malária. Conecta-se à superfície do antigénio da hepatite B para estimular o reconhecimento. Esta molécula é administrada com uma mistura de adjuvantes (emulsão de óleo em água, MPL e QS21 e extrato vegetal). A vacina foi testada e 71% dos receptores foram protegidos da contaminação. Outros testes demonstraram protecção em 30% das crianças e a incidência de sintomas graves foi reduzida 60%. Este é o sucesso das vacinas que combinam antigénios e adjuvantes para produzir a resposta imunitária requerida.

A vacina experimental contra a gripe, com emulsão de óleo em água AS03 gerou níveis de anticorpos de 90,5% dos receptores com 65 anos. Os adjuvantes são importantes para casos de epidemias e pandemias. Quando é necessário vacinar uma grande quantidade de indivíduos é necessário, também, menos quantidade de antigénios. Assim, uma vacina com adjuvante pode ter apenas um terço da quantidade de antigénio, como demosntrou a vacina experimental para a H5N1.

Novos Adjuvantes

Os lipossomas transportadores já são utilizados para encapsular medicamentos. Vesículas poliméricas de antigénios feitas de polissacáridos naturais têm a vantagem de incorporar substâncias imunoestimulantes naturais.

Os investigadores perceberam que a sinalização inicial das células dendríticas determina a resposta de acordo com o tipo de ameaça. Desta forma, ao realizar combinações de adjuvantes pode-se estimular o sistema imunitário da melhor forma.

Fonte: 

Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009

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O Novo Poder das Vacinas I - O Ressurgir

Há mais de 200 anos que as vacinas mostram serem o método mais económico e mais bem-sucedido de prevenção de doenças infeccionas. Foram elas que, em 1979, erradicaram a varíola e prometem a eliminação da poliomielite, sarampo e malária.

Desde o século X, na China e na índia, até ao século XVIII, na Turquia e Médio Oriente existia a variolização, que consistia na inoculação, braço a braço, a partir do fluido vesicular das lesões. Esta foi a primeira vacina, com muito pouca higiene e com muito perigo e, claro, elevada mortalidade. Em 1774 começou a ser utilizado o vírus da varíola bovina na profilaxia da varíola humana e em 1796 aconteceu a sistematização do método de vacinação, com “vacina viva”(atenuada) deste vírus. Dois anos depois foram publicados os primeiros resultados, por Edward Jenner.

Hoje parece haver uma grande oposição à prática da vacinação, mas isto não é actual. Já no século XIX, em 1802 James Gillray escreveu “The Cow Pack or the Wonderful Effects of the New Inoculation” no “The Publications of the Anti-Vaccine Society”.

Contudo, a ciência avançou e criou a vacina anti-rábica, em 1882, por Louis Pasteur. Em 1956 a OMS lança o “Programa de Erradicação da Varíola”, que se verificou vinte e três anos mais tarde.

Uma vacina não é mais do que uma infecção controlada. É introduzida uma amostra do agente infeccioso para que o sistema imunitário o reconheça e obtenha “dados” para o poder atacar aquando da próxima infecção natural. Os mais idosos têm o seu sistema imunológico fraco e pode não responder de forma eficiente ao tratamento.

São necessários estimuladores do sistema imunológico, chamados adjuvantes. Alguns adjuvantes são usados, há mais de um século, para melhorar as vacinas.

Uma contaminação natural confere imunidade para uma futura investida do agente infeccioso. Uma vacina ideal consistiria numa única dose e, se possível, conferir protecção para outros agentes. Ideal é também promover a acção dos mais variados agentes celulares do sistema imunológico.

O patógeno entra no organismo e encontra as células do sistema imunitário inato, macrófagos e células dendríticas. Estas duas células destroem agentes patogénicos e as células infectadas). Ao digerir as células infectadas e os agentes patogénicos exibem as amostras do invasor – os antigénio. Assim as células do sistema imunitário adaptativo, os linfócitos T e B. As células apresentadoras de antigénios libertam citocinas (substâncias sinalizadoras) que induzem a inflamação e alertam os linfócitos B e T.

Os linfócitos B libertam anticorpos e os infócitos T cititóxicas capturam e destroem as células já infectadas. As vacinas introduzem patógenos por forma a replicar o efeito imunológico.

As “vacinas vivas”atenuadas reproduzem-se lentamente mas apresentam antinénios e, assim, podem estimular uma resposta imunológica robusta. Contudo não devem ser administradas a indivíduos com problemas imunológicos. Um perigo destas vacinas é o facto de os vírus destas vacinas serem atenuados por mutações pontuais na zona de acoplamento do ribossoma. Com estas mutações o ribossoma não reconhece a cadeia, não acopla e não sintetiza as proteínas de reprodução viral. Mas, como a mutação é efectuada numa pequena extensão do DNA/RNA, pode ocorrer uma reversão da mutação e tornar o vírus novamente virulento.

As vacinas mais eficazes são as de subunidades, que contêm pedaços de vírus para que sejam reconhecidos sem a capacidade de haver uma replicação.

As células dendríticas, com antigénios migram para os gânglios linfáticos, onde sinalizam e provocam a resposta dos linfócitos B e T. Sem os indicadores de perigo estas células não conseguem amadurecer nem migrar. Então, as vacinas de subunidades necessitam de adjuvantes para ampliar o fluxo de citocinas, moléculas sinalizadoras, para que haja uma resposta mais eficiente.

O adjuvante alume (sais de alumínio) é dos mais antigos. Desde os anos 30 que é utilizado com eficácia. Mas é insuficiente em vacinas contra infecções que requerem mais do que protecção por anticorpos. Então, uma vacina necessita, também, de estimular não só as células dendítricas mas também os linfócitos T. Por este motivo há uma grande investigação na produção de adjuvantes mais eficientes.

Fontes:

Nathalie Garçon e Michel Goldman, "O Novo Poder das Vacinas" Scientific American, Novembro 2009

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E, no Sexto Dia, Criou Craig Venter a Vida

Nos últimos 15 anos foram criados organelos celeluares sintéticos; o cromossoma humano, em 1997 e, no mesmo ano, ribossomas pelo tecnólogo molecular George Church e a sua equipa. O ano passado (2009) foi a vez de Robert Linhardt e a sua equipa criarem mais um organelo – o complexo de Golgi. (Universo Paralelo)

Agora, depois de 57 anos da experiência de Urey-Miller, por geração expontânea, magia, deus ou homem, o que é certo é que Craig Venter e a sua equipa criaram, pela primeira vez, uma bactéria totalmente feita a partir de componentes sintéticos.

O Genoma da bactéria é constituído por letras de DNA (A, G, C, T) de forma a codificar informação proteica. Estes quatro nucleótidos são compostos químicos de bases azotadas, pentoses e açúcares e podem ser unidos uns aos outros em laboratório. Assim, pode-se criar um código igual ao da bactéria natural e… voilá, aconteceu! (obviamente não é assim tão fácil).

A saga de Craig começou há mais de 15 anos e custou 40 milhões de dólares. Afinal não foi ao 6º dia... foi, antes, ao 5475º dia.

“O nascimento desta primeira forma de vida artificial ficará registado para a posteridade nas páginas da edição de sexta-feira da revista Science (e na Web, desde hoje). “Esta é a primeira célula sintética jamais fabricada”, afirma Venter, “e dizemos que é sintética porque a célula é totalmente derivada de um cromossoma sintético.”” (Público)

As bactérias sintéticas aparecem nesta imagem, são azuis e iguais às naturais de que são cópia.

Começou a Era da Biologia Sintética.

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