Todo mundo já sabe o que é o DNA e o RNA. Mas retrons, você conhece?
Quase todo mundo já sabe o que é o DNA – a molécula composta de duas cadeias polinucleotídicas que se enrolam uma na outra para formar uma dupla hélice que carrega instruções genéticas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reprodução de todos os organismos conhecidos. Alguns já ouviram falar de RNA – a molécula que é vital em várias funções biológicas na codificação, decodificação, regulação e expressão de genes. Ambos são encontrados em todas as células vivas
Mas, exceto por geneticistas moleculares e outros cientistas, poucos ouviram falar de retrons. Estas são estruturas híbridas peculiares que são metade RNA, metade DNA de fita simples e encontradas em muitas espécies de bactérias. Desde sua descoberta, há cerca de 35 anos, os pesquisadores aprenderam a usar retrons para produzir fitas únicas de DNA em laboratório, mas ninguém sabia qual era sua função na bactéria, apesar de muitas pesquisas sobre o assunto.
Apesar da investigação considerável, muito pouco se sabe sobre sua função, a mobilidade dos elementos retrônicos ou seu efeito na célula hospedeira. Agora, em um artigo publicado hoje na prestigiosa revista Cell, uma equipe do Instituto de Ciência Weizmann em Rehovot relata que eles resolveram o mistério de longa data: Retrons são “guardas” do sistema imunológico que garantem a sobrevivência da colônia bacteriana quando ele está infectado por vírus.
Além de descobrir uma nova estratégia usada pelas bactérias para se protegerem contra a infecção viral – surpreendentemente semelhante àquela empregada pelo sistema imunológico das plantas – a pesquisa revelou muitos novos retrons que podem, no futuro, ser adicionados ao kit de ferramentas de edição de genoma .
O estudo, conduzido no laboratório do Prof. Rotem Sorek do departamento de genética molecular do instituto, foi liderado por Adi Millman, Dr. Aude Bernheim e Avigail Stokar-Avihail em seu laboratório. Sorek e sua equipe não se propuseram a resolver o mistério do retron; eles buscavam novos elementos do sistema imunológico bacteriano, elementos específicos que ajudam as bactérias a evitar uma infecção viral.
Retrons são muito úteis para a biotecnologia porque começam com um pedaço de RNA, que é o modelo para a síntese da fita de DNA. Esse modelo na sequência de retrons pode ser trocado por qualquer sequência de DNA desejada e usado, às vezes em conjunto com outra ferramenta emprestada do kit de ferramentas de imunidade bacteriana – CRISPR – para manipular genes de várias maneiras. Sorek e sua equipe acreditam que dentro da lista diversificada de retrons que identificaram pode estar escondendo mais do que alguns que poderiam fornecer melhores modelos para necessidades específicas de edição de genes
Sua pesquisa foi facilitada pela recente descoberta de que os genes do sistema imunológico das bactérias tendem a se agrupar no genoma dentro das chamadas “ilhas de defesa”. Quando eles descobriram a assinatura única do retron dentro de uma ilha de defesa bacteriana, a equipe decidiu investigar mais.
A pesquisa inicial mostrou que esse retron estava definitivamente envolvido na proteção de bactérias contra os vírus conhecidos como fagos, especializados em infectar bactérias. Quando os pesquisadores examinaram mais de perto retrons adicionais localizados perto de genes de defesa conhecidos, eles descobriram que os retrons estavam sempre conectados – física e funcionalmente – a um outro gene. Quando o gene acompanhante ou o retron eram mutados, as bactérias eram menos bem-sucedidas no combate à infecção por fagos.
Os pesquisadores então começaram a procurar mais complexos desse tipo nas ilhas de defesa. Por fim, eles identificaram cerca de 5.000 retrons, muitos deles novos, em diferentes ilhas de defesa de numerosas espécies bacterianas.
Para verificar se esses retrons funcionam, geralmente, como mecanismos imunológicos, os pesquisadores transplantaram muitos retrons, um a um, em células bacterianas em laboratório que não tinham retrons. Como eles suspeitaram, em um grande número dessas células, eles encontraram retrons protegendo a bactéria da infecção por fago.
Como os retrons fazem isso? Concentrando-se em um tipo específico de retron e rastreando suas ações em face da infecção por fago, a equipe de pesquisa descobriu que sua função é fazer com que a célula infectada cometa suicídio. O suicídio celular, que se pensava pertencer apenas a organismos multicelulares, é o último meio de abortar a infecção generalizada – se o mecanismo do suicídio funcionar rápido o suficiente para matar a célula antes que o vírus termine de fazer cópias de si mesmo e se espalhar para outras células.
Uma investigação posterior mostrou que os retrons não detectam a invasão do fago em si, mas, em vez disso, observam outra parte do sistema imunológico conhecida como RecBCD, que é uma das primeiras linhas de defesa da bactéria. Se ele perceber que o fago adulterou o RecBCD da célula, o retron ativa seu programa por meio dos segundos genes ligados para matar a célula infectada e proteger o resto da colônia.
“É uma estratégia inteligente e descobrimos que funciona de maneira semelhante a um mecanismo de guarda empregado em células vegetais”, explicou Sorek. “Assim como os vírus que infectam as plantas, os fagos vêm equipados com uma variedade de inibidores para bloquear várias partes da resposta imune da célula. O retron, como um mecanismo de guarda sabidamente existente nas plantas, não precisa ser capaz de identificar todos os inibidores possíveis, apenas para ter controle sobre o funcionamento de um determinado complexo imunológico. As células vegetais infectadas aplicam este método de “suicídio local”, matando uma pequena região de uma folha ou raiz, em um esforço para salvar a própria planta. Uma vez que a maioria das bactérias vive em colônias, esta mesma estratégia pode promover a sobrevivência do grupo, mesmo às custas dos membros individuais.”
Publicado em 06/11/2020 22h08
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