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até agora, ou seja. Lorenzo Talà, aluno de doutorado no laboratório de Alexandre Persat nos Institutos de Bioengenharia e Saúde Global da EPFL, desenvolveu um método de microscopia que pode observar diretamente as estruturas que muitas bactérias usam para rastejar.
“As superfícies bacterianas são decoradas com filamentos de proteínas envolvidos na motilidade, adesão, sinalização e patogenicidade, que em última instância regem como as bactérias interagem com seus ambientes” diz Talà. “No entanto, são tão pequenas que observá-las em células vivas é extremamente complexo. Assim, ficamos com pouco conhecimento de suas atividades dinâmicas”
Isto é especialmente verdadeiro para estruturas conhecidas como “pili tipo IV”: filamentos com nanômetros de largura que se estendem e se retraem da superfície de muitas bactérias, ajudando-as a caminhar de uma forma conhecida como “motilidade de contração”. O termo pode não soar muito sério, mas ativa mecanicamente a virulência em certos patógenos – o que significa que é um alvo primordial para combatê-los.
Os cientistas estudaram a bactéria Pseudomonas aeruginosa, um patógeno oportunista que é comumente encontrado no solo. É uma das bactérias mais medicamente preocupantes: uma das principais causas de infecções hospitalares e de infecções graves em fibrose cística, queimaduras traumáticas e pacientes imunocomprometidos, está agora classificada em #1 na lista de resistência a antibióticos da Organização Mundial de Saúde.
Mas será que uma única bactéria orquestra o movimento pili tipo IV para fortalecer a sua motilidade? “Em nossos estudos de pili tipo IV e ativação mecânica da virulência em Pseudomonas aeruginosa, um paradoxo técnico tem sido uma fonte de frustração: pili, mas também fimbriae, flagella, e sistemas de injeção se estendem permanentemente fora das células individuais, então por que não podemos visualizá-los diretamente?”
Para superar isso, os cientistas exploraram um método de microscopia emergente, pioneiro por seu colaborador Philipp Kukura na Universidade de Oxford. Usando uma técnica chamada microscopia de dispersão interferométrica (iSCAT), eles foram capazes de ver esses filamentos de nanômetros em células vivas, sem nenhum rótulo químico, em alta velocidade e em três dimensões.
“O iSCAT representa um grande avanço tecnológico em microbiologia”, diz Persat. “Descrevemos recentemente a técnica de visualização e recebemos um extenso feedback positivo entre os cientistas de uma variedade de disciplinas simplesmente porque finalmente pudemos observar dinamicamente o pili em bactérias vivas diretamente fora de cultura”.
Para entender a coordenação dos movimentos do pili tipo IV, os cientistas se concentraram em cronometrar com precisão a sucessão de fixação da superfície, retração e deslocamentos do corpo celular usando o iSCAT. A abordagem revelou três eventos chave que levam a movimentos bem sucedidos e energeticamente eficientes através das superfícies.
Primeiro, o contacto da ponta do pili com a superfície activa um motor molecular que inicia a retracção. Segundo, esta retracção melhora a fixação do pilus à superfície, aumentando o deslocamento da bactéria. Finalmente, um segundo motor molecular mais forte reforça o deslocamento da bactéria sob alta fricção.
Esta sequência mostra que o pili age como sensor, e revela um novo mecanismo pelo qual as bactérias interagem com as superfícies. Revela também que as bactérias usam mecanismos sensoriais para coordenar o movimento dinâmico de suas maquinarias de motilidade, em uma analogia marcante com a forma como organismos superiores, incluindo humanos, movem seus membros para gerar deslocamento.
“O sistema nervoso central humano processa sinais mecanosensoriais para engajar sequencialmente os componentes motores, provocando assim a contração muscular e resultando em marcha”, explica Talà. “Nosso trabalho mostra que, da mesma forma, as bactérias usam o sentido do tato para se ligar sequencialmente os motores moleculares, gerando ciclos de extensão e retração da pili que resultam em um padrão de marcha”.
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