Endocitose

Oct 21, 2023

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 5524 (2022) Citar este artigo

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Acredita-se que a transferência horizontal de genes em bactérias ocorra por conjugação, transdução e transformação. Esses mecanismos facilitam a passagem do DNA através da parede celular protetora usando maquinário sofisticado. Aqui, relatamos que bactérias com deficiência na parede celular podem englobar DNA e outros materiais extracelulares por meio de um processo semelhante à endocitose. Especificamente, mostramos que as formas L do actinomiceto filamentoso Kitasatospora viridifaciens podem incorporar DNA de plasmídeo, polissacarídeos (dextrana) e nanopartículas lipídicas de 150 nm. O processo envolve a invaginação da membrana citoplasmática, levando à formação de vesículas intracelulares que encapsulam o material extracelular. A captação de DNA não é afetada pela deleção de genes homólogos a comEC e comEA, que são necessários para a transformação natural em outras espécies. No entanto, a absorção é inibida pela azida de sódio ou incubação a 4 °C, sugerindo que o processo é dependente de energia. Os materiais encapsulados são liberados no citoplasma após a degradação da membrana da vesícula. Dado que as bactérias deficientes na parede celular são consideradas um modelo para as formas iniciais de vida, nosso trabalho revela um possível mecanismo para as células primordiais adquirirem alimentos ou material genético antes da invenção da parede celular bacteriana.

As bactérias estão constantemente expostas a mudanças nas condições ambientais e dependem de seu envelope celular para proteção. O envelope celular consiste em uma membrana celular e uma parede celular para separar o ambiente interno do externo. A membrana celular é uma bicamada fosfolipídica que envolve o citoplasma e funciona como uma barreira seletiva. A parede celular consiste em uma camada espessa de peptidoglicano (PG) para bactérias Gram-positivas e uma camada mais fina de PG cercada por uma membrana externa para bactérias Gram-negativas. A camada de peptidoglicano é uma importante estrutura semelhante a uma malha que não apenas fornece proteção contra estresse mecânico e pressão de turgescência, mas também define a forma e a rigidez da célula.

Para facilitar a passagem seletiva de macromoléculas através do envelope celular, as bactérias desenvolveram sistemas de transporte especializados e sofisticados1. Por exemplo, bactérias naturalmente transformáveis ​​contam com complexos de proteínas para absorção de DNA, com componentes semelhantes aos pili do tipo IV ou sistemas de secreção do tipo II. O transporte ativo de DNA através da parede celular é facilitado pela retração das estruturas pilus que se ligam ao DNA2,3. As proteínas de ligação ao DNA e formadoras de poros são então usadas para translocar o DNA através da membrana celular.

Embora a parede celular seja uma estrutura vital para a maioria das bactérias, algumas bactérias naturalmente carecem de parede celular ou podem desprender-se de sua parede sob condições específicas. Exemplos incluem os membros dos Mollicutes, que são parasitas e vivem em ambientes osmoticamente protetores específicos, como superfícies mucosas humanas ou os tubos crivados do floema das plantas4. A exposição prolongada a estressores ambientais, como agentes direcionados à parede celular, gera as chamadas formas L, que são células que podem proliferar sem suas paredes celulares. A reprodução das formas L é independente da maquinaria de divisão baseada em FtsZ canônica5 e é impulsionada por um desequilíbrio na área de superfície em relação ao volume das células causado pela regulação positiva da síntese da membrana, levando a formação de bolhas espontâneas, tabulação e vesiculação6,7. Essas características semelhantes a células primitivas tornam as formas L um sistema modelo atraente para estudar a evolução do início da vida8,9.

Alguns actinomicetos filamentosos, como o formador de micélio Kitasatospora viridifaciens, têm a capacidade de eliminar transitoriamente sua parede celular sob condições de estresse hiperosmótico (Fig. 1a)7. Ao contrário das formas L, as células S não são capazes de proliferar sem sua parede celular, embora essas células sejam capazes de reverter para o modo de crescimento micelial após a reconstrução de sua parede celular. Células temporárias deficientes na parede celular também podem ser geradas artificialmente a partir de bactérias com parede celular por meio da remoção enzimática da parede celular, por exemplo, pela ação da lisozima que degrada o peptidoglicano. Isso leva à formação de protoplastos ou esferoplastos, que são amplamente utilizados para fins de engenharia genética, muitas vezes envolvendo o uso de polietilenoglicol (PEG) para permitir a entrada do DNA na célula10. Embora esta transformação baseada em PEG seja uma técnica amplamente utilizada para a transformação de actinomicetos filamentosos, nunca foi demonstrado de forma inequívoca se as células com paredes de K. viridifaciens, ou suas células deficientes em paredes celulares naturais, são capazes de transformação genética natural sem usar PEG. Como a ausência da parede celular afeta a absorção natural de macromoléculas, como o DNA, do ambiente é desconhecido.