Cientistas aprendem a aumentar a capacidade dos micróbios de fazer lembranças
A equipe, incluindo o primeiro autor Robert Heler (acima), identificou uma mutação que pode levar o sistema imunológico bacteriano para adquirir mais facilmente e armazenar fragmentos genéticos de atacar vírus. Crédito: Zach Veilleux/The Rockefeller University
Alguns micróbios podem formar memórias - embora, inconvenientemente para os cientistas que estudam o processo, eles não fazem isso com muita freqüência.
Pesquisadores da Universidade Rockefeller e seus colegas da Universidade da Califórnia, em Berkeley, encontraram uma maneira de tornar as bactérias codificam memórias muito mais freqüentemente. Sua descoberta foi descrita em 22 de dezembro em Molecular Cell.
"CRISPR, o sistema imunológico adaptativo encontrado dentro de muitas bactérias, se lembra de vírus armazenando trechos de seu DNA. Mas na natureza, esses eventos de gravação acontecem apenas raramente", diz o autor sênior Luciano Marraffini, chefe do Laboratório de Bacteriologia.
"Identificamos uma única mutação que faz com que as células bacterianas adquiram memórias genéticas de vírus 100 vezes mais freqüentes do que fazem naturalmente", acrescenta. "Esta mutação fornece uma ferramenta poderosa para experiências em nosso laboratório e em outros lugares, e poderia facilitar a criação de dispositivos de armazenamento de dados baseados em DNA".
Se um vírus que o sistema CRISPR de uma bactéria gravou aparece de novo, uma enzima conhecida como Cas9 é despachada para destruí-la. A precisão do sistema já o tornou uma ferramenta importante para editar genomas, e os cientistas estão olhando para outras aplicações potenciais.
Para o presente estudo, a equipe introduziu aleatoriamente mutações no gene para Cas9 e descobriu que um deles leva as bactérias a adquirir memórias genéticas mais prontamente. Em condições normais, se os cientistas expuserem 100.000 células bacterianas ao mesmo vírus potencialmente mortal, apenas um deles normalmente adquirirá um fragmento de DNA que poderia permitir que ele sobreviva a um ataque futuro. Em células manipuladas para transportar esta nova mutação, a proporção aumenta para um em 1.000.
A mutação tornou-se rapidamente útil para quase todos os projetos em andamento no laboratório de Marraffini. Trabalhando com micróbios cujas memórias genéticas foram melhoradas desta forma, os cientistas são capazes de gerar muito mais dados sobre vários aspectos do CRISPR.
Pode haver outras aplicações, embora algumas estão longe no horizonte. Alguns biólogos sintéticos - cientistas que projetam e constroem novas máquinas biológicas - acreditam que um sistema tipo CRISPR poderia ser adaptado para capturar informações sobre a atividade dos neurônios, como as células respondem a estímulos ambientais ou a trajetória de metástase de células cancerosas. Embora muitos obstáculos permaneçam para o desenvolvimento de um sistema de gravação baseado em CRISPR, esta mutação poderia torná-lo mais realista, dizem os pesquisadores.
A descoberta também levanta uma questão: se essa mutação torna as bactérias mais capazes de se defender, por que não evoluíram para carregá-la naturalmente? "Há um trade-off com CRISPR", explica o primeiro autor Robert Heler, um estudante de pós-graduação no laboratório. Embora o sistema defende as células, às vezes pode falhar ao adquirir fragmentos de DNA de seu host em vez de um vírus invasor, levando a célula a se matar. "A menos que sejam suprimidos por um volume excessivamente alto de vírus que requerem uma potente defesa CRISPR-Cas, os micróbios sem a mutação têm uma vantagem de sobrevivência porque são menos propensos a este tipo de suicídio", diz Heler.
Fonte: Rockefeller University. "Scientists learn how to ramp up microbes' ability to make memories." ScienceDaily. ScienceDaily, 4 January 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170104192311.htm>.
Referência Bibliográfica
Robert Heler, Addison V. Wright, Marija Vucelja, David Bikard, Jennifer A. Doudna, Luciano A. Marraffini. Mutations in Cas9 Enhance the Rate of Acquisition of Viral Spacer Sequences during the CRISPR-Cas Immune Response. Molecular Cell, 2016; DOI: 10.1016/j.molcel.2016.11.031
