Os fagos podem sentir danos no DNA bacteriano, o que os leva a se replicar e pular do navio. Células de design/iStock via Getty Images Plus
Depois de mais de dois anos da pandemia do COVID-19, você pode imaginar um vírus como uma bola cravada desagradável – um assassino irracional que entra em uma célula e sequestra seu maquinário para criar um zilhão de cópias de si mesmo antes de explodir. Para muitos vírus, incluindo o coronavírus que causa COVID-19, o epíteto de “assassino sem mente” é essencialmente verdadeiro.
Mas há mais na biologia do vírus do que aparenta.
Tome o HIV, o vírus que causa AUXILIA. O HIV é um retrovírus que não vai diretamente para uma matança quando entra em uma célula. Em vez disso, ele se integra aos seus cromossomos e se arrepia, esperando o momento certo para comandar a célula a fazer cópias dele e explodir para infectar outras células do sistema imunológico e eventualmente causar AIDS.
Exatamente o momento pelo qual o HIV está esperando ainda é um área de estudo ativo. Mas pesquisas sobre outros vírus há muito sugerem que esses patógenos podem ser bastante “pensativos” em matar. É claro que os vírus não podem pensar da maneira que você e eu pensamos. Mas, como se vê, a evolução os dotou de alguns mecanismos de tomada de decisão bastante elaborados. Alguns vírus, por exemplo, optarão por deixar a célula em que residem se detectarem danos no DNA. Nem mesmo vírus, ao que parece, gostam de ficar em um navio afundando.
My laboratório vem estudando a biologia molecular de bacteriófagos, ou fagos para abreviar, os vírus que infectam bactérias, por mais de duas décadas. Recentemente, meus colegas e eu tem mostrado que os fagos podem ouvir os principais sinais celulares para ajudá-los na tomada de decisões. Pior ainda, eles podem usar os próprios “ouvidos” da célula para escutá-los.
Fugindo de danos no DNA
Se o inimigo do seu inimigo é seu amigo, os fagos são certamente seus amigos. Fagos controlar populações bacterianas na natureza, e os médicos estão cada vez mais usando-os para tratar infecções bacterianas que não respondem aos antibióticos.
O fago mais bem estudado, lambda, funciona um pouco como o HIV. Ao entrar na célula bacteriana, o lambda decide se replica e mata a célula, como a maioria dos vírus faz, ou se integra ao cromossomo da célula, como o HIV faz. Se o último, lambda se replica inofensivamente com seu hospedeiro cada vez que a bactéria se divide.
Este vídeo mostra um fago lambda infectando E. coli.
Mas, como o HIV, lambda não está apenas parado. Ele usa uma proteína especial chamada CI como um estetoscópio para detectar sinais de danos ao DNA dentro da célula bacteriana. Se o DNA da bactéria for comprometido, isso é uma má notícia para o fago lambda aninhado nele. O DNA danificado leva direto ao aterro da evolução porque é inútil para o fago que precisa dele para se reproduzir. Então lambda ativa seus genes de replicação, faz cópias de si mesmo e sai da célula para procurar mais células não danificadas para infectar.
Tocar no sistema de comunicação da célula
Alguns fagos, em vez de coletar informações com suas próprias proteínas, tocam no próprio sensor de danos ao DNA da célula infectada: LexA.
Proteínas como CI e LexA são fatores de transcrição que ligam e desligam os genes ligando-se a padrões genéticos específicos dentro do livro de instruções do DNA que é o cromossomo. Alguns fagos como o Coliphage 186 descobriram que não precisam de sua própria proteína viral CI se tiverem uma sequência curta de DNA em seus cromossomos à qual o LexA bacteriano pode se ligar. Ao detectar danos no DNA, LexA ativará os genes de replicação e morte do fago, essencialmente cruzando a célula para cometer suicídio enquanto permite que o fago escape.
Os cientistas relataram pela primeira vez o papel do CI na tomada de decisão dos fagos nos 1980s e o truque de contra-inteligência do Coliphage 186 no final dos anos 1990. Desde então, houve alguns outros relatos de fagos tocando sistemas de comunicação bacteriana. Um exemplo é fago phi29, que explora o fator de transcrição de seu hospedeiro para detectar quando a bactéria está se preparando para gerar um esporo, ou uma espécie de ovo bacteriano capaz de sobreviver a ambientes extremos. Phi29 instrui a célula a empacotar seu DNA no esporo, matando as bactérias em desenvolvimento assim que o esporo germina.
Os fatores de transcrição ativam e desativam os genes.
No nosso pesquisa publicada recentemente, meus colegas e eu mostramos que vários grupos de fagos evoluíram independentemente a capacidade de acessar ainda outro sistema de comunicação bacteriana: a proteína CtrA. O CtrA integra vários sinais internos e externos para acionar diferentes processos de desenvolvimento em bactérias. A principal delas é a produção de apêndices bacterianos chamados flagelos e pili. Acontece que esses fagos se ligam aos pili e flagelos das bactérias para infectá-los.
Nossa hipótese principal é que os fagos usam CtrA para estimar quando haverá bactérias suficientes nas proximidades de pili e flagelos que possam infectar prontamente. Um truque muito inteligente para um “assassino irracional”.
Esses não são os únicos fagos que tomam decisões elaboradas – tudo sem o benefício de ter um cérebro. Alguns fagos que infectam Bacilo bactérias produzem uma pequena molécula cada vez que infectam uma célula. Os fagos podem sentir essa molécula e usá-la para contar o número de infecções fágicas acontecendo ao seu redor. Como invasores alienígenas, essa contagem ajuda a decidir quando eles devem ativar seus genes de replicar e matar, matando apenas quando os hospedeiros são relativamente abundantes. Dessa forma, os fagos garantem que nunca fiquem sem hospedeiros para infectar e garantir sua própria sobrevivência a longo prazo.
Combatendo a contra-inteligência viral
Você pode estar se perguntando por que deveria se preocupar com as operações de contra-inteligência executadas por vírus bacterianos. Embora as bactérias sejam muito diferentes das pessoas, os vírus que as infectam são não tão diferente dos vírus que infectam humanos. Bastante cada truque desempenhado por fagos foi mais tarde mostrado para ser usado por vírus humanos. Se um fago pode grampear linhas de comunicação bacterianas, por que um vírus humano não grampeia as suas?
Até agora, os pesquisadores não sabem o que os vírus humanos podem estar ouvindo se sequestrarem essas linhas, mas muitas opções vêm à mente. Acredito que, como os fagos, os vírus humanos poderiam potencialmente contar seus números para criar estratégias, detectar o crescimento celular e a formação de tecidos e até monitorar as respostas imunes. Por enquanto, essas possibilidades são apenas especulações, mas a investigação científica está em andamento.
Ter vírus ouvindo as conversas privadas de suas células não é a imagem mais cor-de-rosa, mas não deixa de ter um lado bom. Como as agências de inteligência de todo o mundo sabem bem, a contra-inteligência funciona apenas quando é encoberta. Uma vez detectado, o sistema pode ser facilmente explorado para fornecer informações erradas ao seu inimigo. Da mesma forma, acredito que futuras terapias antivirais possam combinar artilharia convencional, como antivirais que impedem a replicação viral, com truques de guerra de informação, como fazer o vírus acreditar que a célula em que está pertence a um tecido diferente.
Mas, cale-se, não conte a ninguém. Os vírus podem estar ouvindo!
Sobre o autor
Ivan Erill, Professor Associado de Ciências Biológicas, Universidade de Maryland, Condado de Baltimore
Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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