Danificadas mas não derrotadas: as bactérias defendem-se de ataques com nano-arpões
Novos conhecimentos sobre os mecanismos de defesa das bactérias
Algumas bactérias usam pequenos arpões para se defenderem de ataques de rivais. Os investigadores da Universidade de Basileia picaram as bactérias com uma "mini-agulha" para simular um ataque. Desta forma, conseguiram demonstrar que as bactérias só montam e disparam a sua nano-arma quando o seu invólucro celular é danificado durante um ataque.
As bactérias Pseudomonas defendem-se com nano-arpões quando são picadas com uma "agulha" pontiaguda (ampliação de 15.000x).
University of Basel, Biozentrum/SNI Nano Imaging Lab
No mundo dos micróbios, existe tanto uma coexistência pacífica como uma competição feroz por espaço e nutrientes. Algumas bactérias superam os seus concorrentes ou afastam os atacantes injectando-lhes um cocktail mortal através de um minúsculo nano-arpão - também conhecido como sistema de secreção de tipo VI (T6SS).
As bactérias reagem a danos no invólucro celular externo
O grupo de investigação do Prof. Dr. Marek Basler no Biozentrum da Universidade de Basileia tem vindo a investigar o T6SS em vários tipos de bactérias, como a Pseudomonas aeruginosa, há muitos anos. "Já sabíamos que esta bactéria só utiliza o seu nano-arpão quando é atacada", explica Basler. "No entanto, não sabíamos exatamente o que desencadeia a montagem do nano-arpão: é suficiente o contacto direto com as células vizinhas, são moléculas tóxicas ou simplesmente danos na célula?"
Em colaboração com Roderick Lim, Argovia Professor de Nanobiologia no Biozentrum e no Instituto Suíço de Nanociências (SNI), os investigadores conseguiram agora demonstrar que as bactérias só contra-atacam quando entram em contacto com as células vizinhas: A bactéria só contra-ataca quando o seu invólucro celular externo é danificado mecanicamente, por exemplo, quando é perfurado por uma "agulha" muito afiada. O estudo é publicado na revista "Science Advances".
Envelope bacteriano perfurado com uma "agulha" minúscula
O laboratório de Roderick Lim tem muitos anos de experiência em microscopia de força atómica (AFM). "Utilizando o microscópio de força atómica, conseguimos imitar o ataque de uma bactéria T6SS", diz Mitchell Brüderlin, estudante de doutoramento da Escola de Doutoramento do SNI e primeiro autor do estudo. "Com a ponta em forma de agulha do AFM, podemos tocar na superfície da bactéria e, aumentando gradualmente a pressão, podemos perfurar seletivamente a membrana externa e interna da bactéria".
Em combinação com a microscopia de fluorescência, os investigadores conseguiram provar que as bactérias reagem a danos na membrana exterior. "Em dez segundos, as bactérias montam o seu T6SS no local danificado e, normalmente, disparam várias vezes com a máxima precisão", descreve Basler. "O nosso trabalho mostra claramente que os danos na membrana exterior são suficientes para desencadear a montagem do arpão T6SS".
Novos conhecimentos sobre os mecanismos de defesa das bactérias
O maior desafio foi o tamanho e a forma das bactérias. "Até agora, só utilizámos o AFM para analisar células eucarióticas, incluindo células humanas", explica Lim. "No entanto, as bactérias Pseudomonas em forma de bastonete são mais de dez vezes mais pequenas do que as células humanas. Atingir o ponto certo com a ponta do AFM foi, por isso, extremamente difícil".
Nos ecossistemas microbianos, a sobrevivência é uma questão de estratégia - e a Pseudomonas aeruginosa domina, sem dúvida, a arte da defesa. "Como as bactérias ripostam de forma muito específica e rápida com o T6SS após um ataque, o risco de passarem ao lado do inimigo é reduzido", diz Basler. "No geral, o esforço envolvido na produção do nano-arpão vale a pena para as bactérias". As sofisticadas tácticas de defesa dão às Pseudomonas uma vantagem de sobrevivência. Ao eliminar especificamente os atacantes, as bactérias são capazes de se manterem firmes mesmo num ambiente de forte rivalidade.
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