Bacteriófago – cem anos de infecção

Apresento-lhes o vírus que infecta bactérias, o bacteriófago, ou para os íntimos, simplesmente “fago”. Ele completa cem anos de nenhuma solidão e muita infecção, além de cem anos de extensa contribuição para a ciência. Logicamente esses cem anos referem-se apenas à sua descoberta. Não sabemos sua real idade em bilhões de anos e vamos nos abster de comentar esse fato para não constranger nosso velhinho.  Nem todo mundo aprecia ter sua idade divulgada por aí. Voltemos no tempo então.

Em 1915, um médico chamado Frederick Twort estava com problemas com seus experimentos. Ele estava tentando cultivar o vírus da vaccínia, mas só o que crescia em suas placas eram bactérias contaminantes. Além disso, essas bactérias eram muito esquisitas, com zonas transparentes, onde na verdade, aparentavam estar mortas! Pior ainda, essas zonas transparentes eram contagiosas, e geravam mais bactérias mortas, de uma maneira peculiar, pois eram específicas para uma única espécie bacteriana. Twort até imaginou que poderia se tratar de um vírus ultra-microscópico, mas não deu muita atenção ao fato. 

Dois anos depois, em 1917, o microbiologista canadense Felix D’Herelle publicou resultados similares, mas convencido de que se tratava realmente de um vírus que infectava bactérias, conseguiu validar seus resultados e batizou o novo vírus de bacteriófago.

Ao longo do século, a pesquisa com bacteriófagos marcou presença nas mais importantes descobertas científicas e foi responsável por consideráveis avanços na ciência, particularmente na biologia molecular.

D’Herelle foi pioneiro em duas áreas de pesquisa com fagos: sua utilização como agente bactericida e a identificação do DNA como material genético. Trabalhando com fagos na década de 1930, o microbiologista percebeu que eles eram capazes de deter infecções bacterianas em humanos e plantas, e advogou seu uso terapêutico para o tratamento de doenças. Na Europa oriental e na antiga URSS, fagos foram usados com sucesso  para o tratamento de desinteria, infecções pulmonares, ferimentos e septicemia causada por Staphylococcus sp. No entanto, com o advento e sucesso da penicilina em 1940, a pesquisa com fago-terapia foi abandonada.

bacteriofagoApesar disso, o trabalho com fagos prosseguiu. Sua natureza infecciosa foi estabelecida, e comprovou-se que as partículas virais eram formadas por DNA e proteínas. Em 1930, Max Delbrück fez uma descoberta que revolucionou o mundo dos bacteriófagos, e a biologia molecular. Ele elucidou o funcionamento do ciclo lítico dos bacteriófagos, semelhante ao ciclo lítico dos demais vírus, como vimos no post anterior. Delbrück descobriu como os fagos se replicavam e também percebeu que as infecções provocavam alterações genéticas nas bactérias hospedeiras. Até 1952, não estava claro qual molécula do vírus era responsável pela informação necessária para a replicação. Seria o DNA ou a proteína?

Foi então que Al Hershey e Martha Chase, do laboratório de genética de Cold Spring Harbour, conduziram uma série de experimentos que comprovaram que o DNA era a molécula que transmitia a informação genética. Os experimentos eram extremamente simples e elegantes. Hershey e Chase marcaram radioatiavamente duas populações de fagos: a primeira foi marcada no DNA e a segunda, na capa proteica. Permitiram então que ambas as populações infectassem bactérias. Utilizando – pasme- um liquidificador, foi possível separar os fagos das bactérias, e verificar qual molécula era inserida nas bactérias e aparecia na progênie dos vírus!  Esse trabalho com estrutura e replicação de fagos conferiu a Hershey, Delbrück e Salvador Luria o prêmio Nobel da Fisiologia e Medicina em 1969.

A descoberta de que o DNA era a molécula responsável pela informação genética abriu caminho para novas pesquisas, incluindo o trabalho de Watson e Crick sobre a estrutura do DNA, em 1953, que rendeu outro Nobel. Imagine se alguém na época tivesse dito a esses pesquisadores “ Mas para que serve isso? ” ou “Por que vocês não estudam algo que tenha alguma aplicação real? “.

Além de serem os “pais” da biologia molecular, o que, convenhamos, não é para qualquer um, os fagos têm inúmeras aplicações na “vida real”.

Como infectam apenas bactérias, os fagos são muito utilizados como marcadores de contaminação de águas. O processo é muito simples, se uma amostra de água for infectada com uma população de vírus, o número de placas de lise (bactérias mortas) é proporcional ao número de bactérias presentes naquela amostra. Como eles também são específicos, servem para identificar a espécie bacteriana predominante. Essa técnica serve também para identificar patógenos em culturas.

Outra possível aplicação é a sua utilização como agente bactericida na medicina, da mesma maneira que usamos antibióticos. O fago já foi utilizado para combater infecções no passado, mas perdeu espaço após a descoberta da penicilina. Em seguida, surgiram vários outros antibióticos, naturais, ou seja, produzidos por fungos e bactérias, ou sintéticos. O sucesso dos antibióticos foi tamanho que a pesquisa com fagos foi esquecida. Entretanto, com o aparecimento recente de cepas bacterianas resistentes a grande parte dos antibióticos conhecidos, faz-se necessária uma alternativa para o tratamento de infecções bacterianas, e o fago pode suprir essa carência. Certamente em breve teremos novos medicamentos feitos com fagos, ou a partir de alguma proteína derivada, como a lisina que usam para romper a parede celular bacteriana.

Finalmente, estuda-se a possibilidade de usar fagos para “apresentar” proteínas heterólogas, ou seja, proteínas que não são do vírus em si, mas que foram inseridas ali por técnicas de manipulação genética. Chama-se essa técnica de “phage display”, e ela pode ser usada para apresentar proteínas para o nosso sistema imune, compondo uma vacina.

Por enquanto, parece que eles só não aprenderam ainda a fazer café!

 

Para saber mais:

Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology (2007)

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