A estrutura da armadura protetora da superbactéria C. difficile foi revelada pela primeira vez, mostrando a camada externa unida, porém flexível, que se assemelha a cota de malha.
Por Diamond Light Source, Newscastle University, Diamond Light Source com informações de Phys.
Foi mapeada pela primeira vez a armadura protetora da superbactéria C. difficile. Esse conjunto impede a entrada de moléculas e fornece um novo alvo para futuros tratamentos, de acordo com os cientistas que o descobriram.
A Dra. Paula Salgado, professora sênior de cristalografia macromolecular, que liderou a pesquisa na Universidade de Newcastle, disse: “Isso abre a possibilidade de desenvolver drogas que visam as interações que compõem a cota de malha. Se quebrarmos isso, podemos criar buracos que permitem que as drogas e moléculas do sistema imunológico para entrar na célula e matá-la.”
Um dos desafios atuais no combate às infecções é a crescente resistência das bactérias aos antibióticos. A resistência antimicrobiana (AMR), foi declarada pela OMS como uma das 10 principais ameaças globais à saúde pública que a humanidade enfrenta.
Publicando na Nature Communications , a equipe de cientistas das Universidades de Newcastle, Sheffield e Glasgow, juntamente com colegas do Imperial College e Diamond Light Source, descrevem a estrutura da proteína principal, SlpA, que forma os elos da cota de malha e como eles são organizados para formar um padrão e criar esta armadura flexível.
“Comecei a trabalhar nessa estrutura há mais de 10 anos, tem sido uma jornada longa e difícil, mas obtivemos alguns resultados realmente empolgantes. Surpreendentemente, descobrimos que a proteína que forma a camada externa, SlpA, é muito compacta, com aberturas muito estreitas que permitem que muito poucas moléculas entrem nas células. A camada S de outras bactérias estudadas até agora tendem a ter lacunas mais amplas, permitindo que moléculas maiores penetrem. Isso pode explicar o sucesso do C. diff em se defender”, disse Salgado.
Uma das muitas maneiras que a superbactéria causadora de diarreia Clostridium difficile tem para se proteger dos antibióticos é uma camada especial que cobre a célula de toda a bactéria – a camada S. Essa armadura flexível protege contra a entrada de drogas ou moléculas liberadas pelo nosso sistema imunológico para combater as bactérias.
A equipe determinou a estrutura das proteínas e como elas são organizadas usando uma combinação de raios-X e cristalografia eletrônica. Fazer uma matriz 2D natural cristalizar como um cristal 3D não foi fácil, e os cristais tiveram muitos problemas.
“Mesmo quando os cristais foram obtidos, nem todos difrataram bem, então o síncrotron Diamond foi essencial para o sucesso do projeto. O trabalho se baseou particularmente no I24, a linha de luz de microfoco para testar muitas centenas de cristais e selecionar o melhor ponto no melhor cristal para coletar o melhor conjunto de dados. Obter dados nativos não era o fim da história, pois não havia modelos para permitir a determinação da estrutura. A equipe nas linhas de luz MX da Diamond estava sempre ansiosa para ajudar a resolver esse problema e disposta a tentar novas abordagens e acomodar Mas o experimento crucial foi usar a única linha de luz I23 de longo comprimento de onda, que permitiu usar os átomos de enxofre nativos em SlpA como fontes de informação necessárias para começar a construir um modelo”, disse Salgado.
Os dados coletados no I23 permitiram ao Cientista Sênior da Linha de Luz Dr. Kamel El Omari encontrar as posições dos átomos de enxofre e gerar um modelo parcial inicial. Este foi o ponto de partida que, juntamente com os dados de maior resolução coletados nas linhas de luz I24 e I04 na Diamond, permitiram à Dra. Salgado e sua equipe construir toda a estrutura SlpA.
Dr. El Omari disse: “Foi um prazer fazer parte deste projeto de longa data e emocionante. É um bom exemplo que mostra como as colaborações e o acesso a instalações de última geração como a Diamond Light Source estão apoiando com sucesso o desenvolvimento científico comunidade.”
As chamadas superbactérias têm várias maneiras de resistir aos antibióticos e podem combinar vários mecanismos de resistência. C. diff, é uma superbactéria que infecta o intestino humano e é resistente a todas as drogas atuais, exceto três. Não apenas isso, mas também se torna um problema quando os antibióticos são tomados, pois as bactérias boas no intestino são mortas junto com as que causam uma infecção. Como C. diff é resistente, pode crescer e resultar em efeitos nocivos, que vão desde diarreia até a morte, devido a lesões maciças no intestino. Outro problema é o fato de que a única maneira de tratar C.diff é tomar mais antibióticos, então o ciclo é reiniciado e muitas pessoas têm infecções repetidas.
Determinar a estrutura permite a possibilidade de projetar medicamentos específicos para C. diff para quebrar a camada S, a cota de malha e combater infecções.
Da equipe da Dra. Salgado na Universidade de Newcastle, Ph.D. A estudante Paola Lanzoni-Mangutchi e a Dra. Anna Barwinska-Sendra desvendaram os detalhes estruturais e funcionais dos blocos de construção e determinaram a estrutura geral do cristal de raios-X do SlpA. Paola disse: “Este tem sido um projeto desafiador e passamos muitas horas juntos, cultivando o bug difícil e coletando dados de raios-X no síncrotron Diamond Light Source”.
Dr. Barwinska-Sendra acrescentou: “Trabalhar juntos foi a chave para o nosso sucesso, é muito emocionante fazer parte desta equipe e poder finalmente compartilhar nosso trabalho”.
As equipes do Dr. Rob Fagan e do Professor Per Bullough da Universidade de Sheffield realizaram o trabalho de cristalografia eletrônica. Dr. Fagan disse: “Agora estamos analisando como nossas descobertas podem ser usadas para encontrar novas maneiras de tratar infecções por C. diff, como o uso de bacteriófagos para anexar e matar células C. diff – uma alternativa potencial promissora aos antibióticos tradicionais .”
Mais informações: Paola Lanzoni-Mangutchi et al, Structure and assembly of the S-layer in C. difficile, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28196-w
