Toda a vida na Terra evoluiu para lidar com um planeta em rotação que resulta na transição previsível entre dia e noite. Os detalhes diferem entre plantas, fungos, bactérias e animais, mas o recurso consistente é um "relógio" biológico que permite ao organismo antecipar a mudança e se preparar para ela.
Nos animais, o relógio central que acompanha a noite e o dia está no cérebro, onde recebe luz da retina para se manter sincronizado com a luz ou a escuridão. Mas todas as células do corpo têm seus próprios relógios. Como esses relógios biológicos têm um ciclo próximo de 24 horas, são denominados circadianos ("circa" significa "sobre" e dian, ou seja, dia, do latim "morre").
Agora vivemos com luz barata, brilhante, artificial, trabalho em turnos, privação de sono e jet-lag - todos os principais desafios para os antigos mecanismos de controle circadiano em nossos corpos. Todos esses desafios circadianos e do sono são associado a doença. Mas na nossa mais recente estudo, usando ratos, descobrimos que infecções em diferentes momentos do dia causam diferentes gravidades da doença.
Surpreendentemente, descobrimos que o relógio nas células do sistema imunológico era responsável pela mudança em resposta à infecção bacteriana. Em particular, células especializadas chamadas macrófagos, que são grandes células que engolem e matam bactérias.
A impressão artística de um macrófago (azul) que envolve as bactérias da tuberculose (vermelho). Kateryna Kon / Shutterstock
Os macrófagos, que crescem em um prato ou em um mouse, responderam de maneira diferente em diferentes momentos do dia. E desabilitar o relógio nessas células resultou em super macrófagos, que se moviam mais rápido e comiam mais bactérias do que os macrófagos normais.
Descobrimos que os macrófagos “sem relógio” protegiam os ratos da infecção bacteriana com muitos tipos de bactérias. Um olhar mais atento aos macrófagos revelou que as células pareciam diferentes, com uma grande mudança nas proteínas estruturais que mantêm a forma celular e são necessárias para o movimento celular e para o consumo de bactérias. A mudança na arquitetura interna da célula, ou citoesqueleto, tornou-se um foco de nossos estudos.
Descobrimos que o relógio circadiano dos macrófagos controlava diretamente os componentes do citoesqueleto. Vimos mudanças na quantidade de blocos de construção de proteínas citoesqueléticas e também na atividade de um regulador principal da mudança citoesquelética. Este regulador principal é uma proteína chamada RhoA.
O RhoA é ativado pelo contato bacteriano e leva o macrófago a mover e consumir bactérias. Descobrimos que RhoA era ativo nos macrófagos sem relógio, mesmo quando nenhuma bactéria estava presente. Quando as bactérias entraram em contato com os macrófagos normais, o RhoA tornou-se ativo, mas não houve mais alterações nos macrófagos sem relógio, pois o RhoA já estava ativo. Assim, os macrófagos sem relógio estavam sempre ligados e capazes de responder ao ataque bacteriano mais rapidamente.
Para descobrir como o relógio estava mudando o comportamento dos macrófagos, passamos ao mecanismo do relógio principal. Isso inclui um pequeno grupo de proteínas que mudam em abundância ao longo do tempo, permitindo que as células digam a hora. Descobrimos que um desses fatores do relógio, chamado BMAL1, era o elo essencial entre o relógio e o comportamento dos macrófagos.
Autor fornecida
Reduzindo a dependência de antibióticos
Uma das principais questões que o mundo moderno enfrenta é a crescente resistência das bactérias aos antibióticos. Não há novas classes de antibióticos há 30 anos. A resistência bacteriana aos antibióticos significa que temos infecções intratáveis e enfrentamos um futuro em que a cirurgia se tornará mais arriscada.
Encontrar novas maneiras de melhorar a defesa contra bactérias é uma alta prioridade. A descoberta de um circuito que liga o relógio à defesa bacteriana abre uma nova rota para reduzir nossa dependência da gama limitada de antibióticos existentes. Pode ser possível melhorar as defesas naturais contra infecções bacterianas visando o relógio.
O funcionamento do relógio circadiano pode ser alterado pela exposição à luz, pela alteração do horário das refeições, pela variabilidade genética nas populações humanas e por novos medicamentos capazes de regular esse sistema. Um problema ao apontar o relógio com drogas é que o impacto em outros sistemas será amplo e as consequências difíceis de prever. Mas a intervenção de curto prazo para aumentar a imunidade à infecção pode oferecer benefícios, a baixo custo.
Da mesma forma, reforçar o ritmo circadiano de pessoas de alto risco, em hospitais, por exemplo, controlando a iluminação e as refeições, pode aumentar a imunidade e prevenir infecções adquiridas em hospitais.
Sobre o autor
David Ray, Professor de Endocrinologia, Universidade de Oxford e Gareth Kitchen, palestrante clínico acadêmico e anestesista, Universidade de Manchester
Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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