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Físicos descobrem segredos de natação da bactéria Helicobacter pylori: Como a úlcera- e patógeno causador de câncer sobrevive ao estômago

Embora não seja tão inspirador quanto o coração ou tão misterioso quanto o cérebro, o estômago é tão impressionante: o saco muscular se agita com ácido tão poderoso que dissolve o metal - mas não digere o próprio órgão. O estômago se protege de seu próprio ácido com uma camada de muco, uma tática que nem sempre funciona contra a úlcera- e cancerígeno Helicobacter pylori, a única bactéria conhecida por colonizar esse ambiente hostil. H. pylori de alguma forma sobrevive ao ácido, nada através da camada de muco, e infecta as células do estômago. Um estimado 50 por cento dos humanos abrigam H. pylori em seu intestino, mas apenas alguns deles desenvolvem úlceras ou câncer de estômago. Então entendendo como H. pylori sobrevive aqui é a chave para entender essas doenças.

rama bansil, um professor da Universidade de Boston de física, e de Ciência de materiais & Engenharia, que estudou o muco do estômago por mais de duas décadas, descobriu dois fatores que dão à bactéria uma vantagem: os produtos químicos que secreta e sua habilidade em nadar. Ambos são críticos para o seu sucesso.

Bansil, cujo trabalho é financiado pelo Fundação Nacional de Ciências, ficou curioso sobre o muco do estômago no final de 1980. “A questão naquela época era: O estômago produz quase meio galão de suco gástrico por dia, que é ácido e pode digerir as unhas - então por que não digere o estômago?" ela diz. Os pesquisadores suspeitavam que a fina camada de muco protegia o estômago desse ácido, mas ninguém sabia exatamente como funcionava. Bansil, cuja área de pesquisa é géis e gelificação, começou a estudar a proteína purificada mucina, que dá ao muco do estômago sua capacidade de gelificar. Neste trabalho inicial, ela e seus colegas descobriram que gelificava apenas sob condições extremamente ácidas, abaixo de um pH de 4.

Mais tarde, ela voltou sua atenção para H. pylori. “Decidi que realmente tentaríamos ver como essa bactéria atravessa, uma vez que esta camada é provavelmente gelatinosa - ou pelo menos certamente muito viscosa, como uma pasta de dente macia ou vaselina," ela diz. “Como algo nada através de um meio?”

Alguns pesquisadores levantaram a hipótese de que a bactéria em forma de espiral perfurou o muco espesso como um saca-rolhas. Mas em experimentos de laboratório, Bansil e seus colegas encontraram, surpreendentemente, naquela H. pylori, que se impulsiona com flagelos rotativos, não conseguia nadar através de um gel. “Mesmo que esteja vivo e seus flagelos estejam girando, não avança. Ele só fica no lugar," ela diz.

H. pyloriEm forma de espiral H. pylori é a única bactéria conhecida por colonizar o estômago humano. Um estimado 50 por cento dos humanos abrigam H. pylori em seu intestino, mas apenas alguns desenvolvem úlceras ou câncer de estômago. Foto por lucadp/iStock

Não é assim no muco do estômago. Lá, H. pylori secreta uma enzima chamada urease, que decompõe a uréia no estômago em dióxido de carbono e amônia, dando o cheiro de amônia ao hálito de pessoas infectadas. Amônia, humilhar, reage com o muco do estômago, aumentando seu pH e liquefazendo-o. “Desgelou o gel, e essa gelificação reversível foi a chave para deixar essa bactéria atravessar,”Diz Bansil, que publicou esta pesquisa em Anais das Academias Nacionais de Ciências em 2009.

E se H. pyloriA forma de saca-rolhas de não ajudou a perfurar o muco, perguntou Bansil e seus colegas, por que tinha essa forma? Outra bactéria em forma de espiral chamada Campylobacter jejuni é capaz de colonizar a parte superior do intestino delgado, então a forma deve ser importante para algo. “Queríamos saber por que H. pylori tem um corpo helicoidal,” diz Maira Constantino (GRS'17), um doutorando que ingressou no laboratório de Bansil em 2014. “Qual é a vantagem?”

Muitos assumiram que o corpo em forma de saca-rolhas aumentou H. pylorivelocidade de natação em geral, porque as formas de saca-rolhas produzem impulso quando giram. Experimentos anteriores de outros grupos apoiaram isso, descobrindo que em forma de espiral Helicobacter nadou duas a três vezes mais rápido do que em forma de bastão E. coli. “Mas essa não é uma boa comparação, porque você está realmente comparando dois organismos diferentes,”Diz Bansil. Ela colaborou com Nina Salama, um microbiologista do Fred Hutchinson Cancer Research Center, em Seattle, que havia criado mutantes H. pylori, o mesmo que o original, mas em forma de haste.

Então eles os filmaram, centenas de cada vez, nadando em mucina e caldo de cultura, para ver quais nadavam mais rápido. Comparando os vídeos, eles descobriram que, na média, bactérias helicoidais eram cerca de 10 para 15 por cento mais rápido do que seus parentes em forma de bastão. Eles publicaram seus resultados em Microbiologia Molecular em 2015.

Mas esses resultados foram apenas médias. Constantino queria levar a análise adiante, filmando o movimento e a forma de uma única bactéria, um processo meticuloso. Ao gravar vídeo em alta velocidade, 200 quadros por segundo, ela foi capaz de registrar a velocidade, rotação, e forma do corpo de bactérias individuais. Ela e seus colegas descobriram que ambos os tipos de bactérias giravam enquanto nadavam, sobre 10 para 15 comprimentos do corpo por segundo – “um passo muito bom,” mas a hélice nadou um pouco mais rápido, diz Bansil. Para entender exatamente por que, Bansil e Constantino enviaram os dados ao colega Henry Fu, professor associado do departamento de engenharia mecânica da Universidade de Utah, e seu aluno Mehdi Jabbarzadeh, que o utilizou para construir um modelo teórico de H. pylori natação. Os cientistas de Utah descobriram que ter mais flagelos contribui mais para a velocidade do que a forma do corpo; a forma helicoidal contribuiu, no máximo, 15 por cento ao impulso propulsor da bactéria, confirmando o que os cientistas haviam encontrado antes. "O 15 a diferença percentual não parece muito grande, mas pode ser uma vantagem suficiente que o helicoidal conquiste a haste a longo prazo,”Diz Bansil.

Os resultados, e provas em vídeo, foram publicados em novembro 2016 em Os avanços da ciência. Bansil e seus colegas estão agora estudando H. pylori de um paciente com câncer, bem como o muco do estômago do paciente, procurando pistas na interação específica da bactéria com a mucina.

O trabalho de Bansil pode ser útil em outra arena da ciência: entrega de drogas. “Muitas drogas não conseguem atravessar o muco. Apenas drogas muito pequenas podem passar, ou aqueles que podem quebrar o muco," ela diz. Não é difícil renderizar H.pyori inofensivo por manipulações genéticas, e se pode ser carregado como uma cápsula, com, dizer, um medicamento quimioterápico, a bactéria poderia então usar sua capacidade inata de atravessar o muco e levar o tratamento através, e entregá-lo onde for necessário. “Esta pode ser uma maneira muito inteligente de administrar uma droga direcionada oralmente,”Diz Bansil.


Fonte: www.bu.edu, por

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