A caminho do organelo

As células eucarióticas - ou seja, as células com um núcleo - contêm um grande número de subunidades funcionais conhecidas como organelos. Estes desempenham tarefas importantes no interior da célula. Alguns organelos foram, em tempos, organismos unicelulares independentes que foram inicialmente incorporados numa célula e se desenvolveram juntamente com a célula hospedeira no decurso da evolução. Estes "endossimbiontes" perderam a sua independência durante o processo. Um exemplo bem conhecido de um organelo deste tipo é a mitocôndria, que se desenvolveu a partir de uma bactéria.

O grupo de investigação do Prof. Nowack no Instituto de Biologia Celular Microbiana está a investigar a forma como as células e os seus endossimbiontes se adaptaram uns aos outros e co-evoluíram ao longo de milhões de anos. Uma publicação agora divulgada na revista "Science Advances" centra-se no tripanossomatídeo Angomonas deanei (A. deanei), um flagelado unicelular da subfamília Strigomonadinae. Estes organismos vivem nos intestinos dos insectos.

Prof. Nowack: "Todos os membros dos Strigomonadinae têm um endossimbionte. Há cerca de 40 a 120 milhões de anos, um antepassado comum dos actuais Strigomonadinae ingeriu uma protobactéria a partir da qual se desenvolveu o endossimbionte". Este fornece às células hospedeiras produtos metabólicos e os chamados co-factores, que têm uma função catalítica nas enzimas, por exemplo. "É notável que cada célula hospedeira só tenha exatamente um destes endossimbiontes, que partilha sempre com a célula hospedeira", acrescenta Nowack.

Em 2022, a equipa de investigadores de Düsseldorf publicou na revista "Current Biology" que várias proteínas produzidas pela célula hospedeira interagem com o endossimbionte. Uma dessas proteínas, denominada ETP9, forma um anel à volta do local de divisão do endossimbionte. Os investigadores liderados por Nowack e pelo seu aluno de doutoramento Anay Maurya descobriram agora que os endossimbiontes das Strigomonadinae - que costumavam ser bactérias independentes - perderam quase todos os genes necessários para a divisão. O gene que descreve a proteína FtsZ, que marca o local de divisão nas bactérias e na maioria dos organelos, é um dos poucos genes de divisão celular bacteriana que restam.

Maurya, membro da Manchot Graduate School "Molecules of Infection IV" e primeiro autor do estudo: "A proteína ETP9 acumula-se no local da divisão sob o controlo do núcleo da célula, dependendo do ciclo celular. Se pararmos experimentalmente a produção de ETP9, o endossimbionte deixa de se poder dividir. Isto resulta em endossimbiontes longos, semelhantes a fios, nos quais a proteína bacteriana FtsZ marca agora vários locais de divisão, mas que já não se podem dividir sem a ajuda da proteína hospedeira ETP9".

O endossimbionte de A. deanei representa assim uma fase intermédia entre uma bactéria endossimbiótica - ainda geneticamente autónoma - e um organelo quase totalmente controlado pela célula hospedeira. O endossimbionte perdeu os genes indispensáveis à sua sobrevivência autónoma. As suas funções são agora assumidas por genes do núcleo da célula hospedeira.

Nowack: "Estas descobertas fundamentais ajudam-nos a compreender a evolução de um organelo de uma bactéria. Além disso, pode ser possível usar o mecanismo para desenvolver uma simbiose sintética no futuro, na qual os endossimbiontes sintéticos são controlados pelo núcleo da célula".

Os biólogos do Instituto de Biologia Celular Microbiana colaboraram com o Instituto de Microbiologia Médica e Higiene Hospitalar da HHU (grupo de trabalho da Prof. Dra. Stefanie Scheu) e com o Centro de Imagiologia Avançada no trabalho de investigação.