Revelado mecanismo de ação antibacteriana da violaceína
Pigmento produzido pela Chromobacterium violaceum tem potencial farmacológico
Por Maria Celia Wider
Doenças infecciosos causadas por bactérias multirresistentes são difíceis de erradicar e representam um crescente problema de saúde em todo o mundo. Embora a resistência a um novo antibiótico seja inevitável, a disseminação de bactérias resistentes é hoje uma das maiores ameaças à saúde global e tem sido favorecida pelo uso excessivo de antibióticos, tanto na saúde humana como na agricultura. A Organização Mundial de Saúde alerta que podemos estar caminhando para uma era pós-antibiótico, na qual infecções comuns e ferimentos leves podem voltar a matar. Como a maioria dos antibióticos atualmente em uso foi descoberta há algumas décadas e é dirigida contra um conjunto limitado de alvos, o desenvolvimento de novos antimicrobianos com diferentes mecanismos de ação é uma necessidade urgente.
Em artigo publicado na revista ACS Infectious Diseases, os grupos dos pesquisadores Frederico J. Gueiros-Filho, do Departamento de Bioquímica do Instituto de Química da USP, e Marcelo Brocchi, do Instituto de Biologia da Unicamp, descreveram o mecanismo de ação bactericida da violaceína, mostrando que ela tem como alvo principal a membrana citoplasmática das bactérias. A violaceína é um pigmento produzido por bactérias ambientais, especialmente a Chromobacterium violaceum, que exibe múltiplas atividades biológicas, incluindo forte inibição de patógenos Gram-positivos.
"A violaceína tem sido tratada como possuindo grande potencial farmacológico por alguns grupos brasileiros, apesar da falta de conhecimentos fundamentais a seu respeito. Sabe-se que esse pigmento é um potente bactericida desde 1945 e mesmo assim seu mecanismo de ação nunca tinha sido estudado. Temos inúmeras moléculas com atividade biológica reportada na literatura, mas cujo desenvolvimento até fármaco dificilmente acontecerá antes que se saiba como atuam", afirmou Gueiros-Filho.
Membrana citoplasmática
A violaceína é um produto natural, um pigmento violeta derivado do aminoácido triptofano. Ela é produzida como um metabolito secundário por várias bactérias filogeneticamente distintas encontradas em diversos ambientes, como oceanos, geleiras, rios e solos. A primeira bactéria descrita como produtora de violaceína e a mais estudada até o momento é a Chromobacterium violaceum, que também foi um dos primeiros micro-organismos a ter o genoma completamente sequenciado no Brasil, pela Rede Nacional de Sequenciamento, no ano de 2000.
A molécula atraiu atenção por causa de seu amplo espectro de atividades biológicas. Além de ser um potente antibacteriano, inclusive contra patógenos resistentes a antibióticos, como o Staphylococcus aureus resistente à meticilina, apresenta atividades antifúngicas, antiprotozoárias, antivirais, antitumorais e antioxidantes. Diversos estudos descrevem essas atividades, mas a questão, segundo Gueiros-Filho, era identificar o alvo e o modo de ação da violaceína.
O primeiro passo do estudo, segundo o pesquisador, foi simples. Eles trataram as bactérias Bacillus subtilis e Staphylococcus aureus com violaceína e, usando microscopia de fluorescência e um conjunto de corantes, constataram que o pigmento permeabiliza rápida e dramaticamente as células das bactérias. A permeabilização celular foi acompanhada pelo aparecimento de descontinuidades visíveis ou rasgos na membrana citoplasmática, mas não afetou a parede celular. Os pesquisadores também demonstraram a permeabilização das membranas medindo o rápido e massivo vazamento de ATP das células tratadas.
Depois, em colaboração com o grupo da professora Iolanda M. Cuccovia, também do IQ-USP, aprofundaram o estudo com experimentos in vitro, que mostraram que a violaceína também perturba a estrutura e a permeabilidade de lipossomas. Lipossomas são esferas ocas circundadas por membranas criadas no tubo de ensaio a partir dos mesmos componentes que formam a membrana das células, os fosfolipídios. “Com esses experimentos, mostramos que o que vemos nas células pode ser atribuído a um efeito direto da violaceína na membrana,” disse Gueiros-Filho.
Além disso, simulações computacionais de dinâmica molecular foram empregadas para revelar como a violaceína se insere em bicamadas lipídicas, como as que formam a membrana citoplasmática.
A partir dos resultados obtidos, os autores do estudo propõem que a presença da violaceína intercalada entre os fosfolipídios seja suficiente para interferir com a organização da membrana, aumentando as distâncias entre as moléculas de fosfolipídios e levando a membrana a perder sua integridade.
Por danificar membranas, a violaceína é capaz de destruir bactérias persistentes, que ficam em estado dormente como estratégia de resistência a antibióticos que dependem da atividade metabólica. Essas bactérias formam biofilmes para sobreviver em ambientes hostis.
A membrana citoplasmática é um alvo atraente e pouco explorado de antimicrobianos e, para os pesquisadores, a descoberta de que a violaceína tem a membrana como alvo biológico deve definir o cenário para futuras pesquisas sobre a utilidade deste produto natural.
Uma questão importante é a seletividade. A membrana citoplasmática é uma estrutura comum e semelhante em todas as células vivas. Por isso a violaceína poderia afetar também células eucarióticas. Na verdade, Gueiros-Filho sugere que esta deve ser a razão pela qual a violaceína apresenta atividade contra tantos outros tipos de patógenos, como fungos, protozoários e até tumores. De fato, dados preliminares obtidos pelos cientistas da USP e Unicamp indicam que a violaceina não é muito seletiva para a membrana de bactérias e pode se tornar tóxica para os hospedeiros. Nesse caso, seria necessário modificar quimicamente a molécula para torná-la mais específica.
O artigo Violacein Targets the Cytoplasmic Membrane of Bacteria, de Ana C. G. Cauz, Gustavo P. B. Carretero, Greice K. V. Saraiva, Peter Park, Laura Mortara, Iolanda M. Cuccovia, Marcelo Brocchi e Frederico J. Gueiros-Filho, pode ser acessado em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsinfecdis.8b00245
