Os vírus têm má reputação. Eles são responsáveis pela pandemia COVID-19 e por uma longa lista de doenças que atormentam a humanidade desde tempos imemoriais. Há algo para comemorar sobre eles?
Muitos biólogos como eu acreditam que existe, pelo menos para um tipo específico de vírus – a saber, bacteriófagos ou vírus que infectam bactérias. Quando o DNA desses vírus é capturado por uma célula, ele pode conter instruções que permitem que a célula execute novos truques.
O grande poder dos vírus bacterianos
Os bacteriófagos, ou fagos, para abreviar, mantêm as populações bacterianas sob controle, tanto na terra quanto no mar. Eles matam até 40% das bactérias dos oceanos todos os dias, ajudando a controlar a proliferação de bactérias e a redistribuição de matéria orgânica.
Sua capacidade de matar bactérias seletivamente também entusiasma os médicos. Os fagos naturais e modificados têm sido usados com sucesso para tratar infecções bacterianas que não respondem aos antibióticos. Esse processo, conhecido como terapia fágica, pode ajudar a combater a resistência aos antibióticos.
Pesquisas recentes apontam para outra função importante dos fagos: eles podem ser os últimos consertadores genéticos da natureza, criando novos genes que as células podem reorganizar para ganhar novas funções.
Os fagos são a forma de vida mais abundante no planeta, com um não-milhão – que é um 1 com 31 zeros depois dele – flutuando ao redor do mundo a qualquer momento.
Como todos os vírus, os fagos também têm altas taxas de replicação e mutação, o que significa que eles formam muitas variantes com características diferentes a cada vez que se reproduzem.
A maioria dos fagos tem uma casca rígida chamada capsídeo que é preenchida com seu material genético. Em muitos casos, a casca tem mais espaço do que o fago precisa para armazenar o DNA essencial para sua replicação.
Isso significa que os fagos têm espaço para carregar uma bagagem genética extra: genes que não são realmente necessários para a sobrevivência do fago que ele pode modificar à vontade.
Como a bactéria reconstituiu uma mudança viral
Para ver como isso se desenrola, vamos dar uma olhada mais profunda no ciclo de vida do fago.
Os fagos vêm em dois sabores principais: temperado e virulento. Os fagos virulentos, como muitos outros vírus, operam em um programa de invasão-replicação-morte. Eles entram na célula, sequestram seus componentes, fazem cópias de si mesmos e explodem.
Os fagos temperados, por outro lado, jogam o jogo longo. Eles fundem seu DNA com o da célula e podem permanecer adormecidos por anos até que algo desencadeie sua ativação. Em seguida, eles voltam ao comportamento virulento: replicam-se e explodem.
Muitos fagos temperados usam o dano ao DNA como gatilho. É uma espécie de sinal “Houston, temos um problema”.
Se o DNA da célula está sendo danificado, isso significa que o DNA do fago residente provavelmente será o próximo, então o fago sabiamente decide abandonar o barco. Os genes que direcionam os fagos para a replicação e explosão são desativados, a menos que o dano ao DNA seja detectado.
As bactérias reequiparam os mecanismos que controlam esse ciclo de vida para gerar um sistema genético complexo que meus colaboradores e eu temos estudado por mais de duas décadas.
As células bacterianas também estão interessadas em saber se seu DNA está sendo detonado. Se for, eles ativam um conjunto de genes que tentam reparar o DNA. Isso é conhecido como resposta SOS bacteriana porque, se falhar, a célula estará torrada.
As bactérias orquestram a resposta SOS usando uma proteína tipo switch que responde ao dano ao DNA: liga se houver dano e permanece desligada se não houver.
Talvez não seja surpreendente que as trocas bacterianas e fágicas sejam evolutivamente relacionadas. Isso levanta a questão: quem inventou a chave, bactérias ou vírus?
Nossa pesquisa anterior e o trabalho de outros pesquisadores indicam que os fagos chegaram primeiro.
Em nosso relatório recente, descobrimos que a resposta SOS de Bacteroidetes, um grupo de bactérias que compreende até metade das bactérias que vivem em seu intestino, está sob o controle de um interruptor de fago que foi refeito para implementar os programas genéticos complexos da própria bactéria . Isso sugere que os interruptores SOS bacterianos são, na verdade, interruptores de fago que foram reequipados eras atrás.
Não são apenas interruptores bacterianos que parecem ser invenções de fagos.
Um belo trabalho de detetive mostrou que um gene bacteriano necessário para a divisão celular também surgiu por meio da “domesticação” de um gene de toxina fágica.
E muitos sistemas de ataque bacteriano, como toxinas e armas genéticas usadas para injetá-los nas células, bem como a camuflagem que usam para escapar do sistema imunológico, são conhecidos ou suspeitos de terem origens de fago.
A vantagem dos vírus
OK, você pode pensar, os fagos são ótimos, mas os vírus que nos infectam certamente não são legais.
No entanto, há evidências crescentes de que os vírus que infectam plantas e animais também são uma importante fonte de inovação genética nesses organismos.
Foi demonstrado que os genes virais domesticados, por exemplo, desempenham um papel fundamental na evolução das placentas de mamíferos e na manutenção da umidade da pele humana.
Evidências recentes sugerem que mesmo o núcleo de uma célula, que abriga DNA, também poderia ter sido uma invenção viral.
Os pesquisadores também especularam que os ancestrais dos vírus atuais podem ter sido os pioneiros no uso do DNA como molécula primária para a vida. Não é uma pequena façanha.
Portanto, embora você possa estar acostumado a pensar nos vírus como os vilões por excelência, eles são indiscutivelmente a força motriz da natureza para a inovação genética. Provavelmente, os humanos estão aqui hoje por causa deles.
Publicado em 24/10/2021 17h46
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