As células vegetais ganham capacidades imunológicas quando é hora de combater doenças

As células vegetais ganham capacidades imunológicas quando é hora de combater doenças

Cientistas de Salk descobriram que as células vegetais entram em um raro estado imunológico para combater patógenos e soar alarmes de ameaça em toda a planta

LA JOLLA—Os corpos humanos se defendem usando uma população diversa de células imunes que circulam de um órgão para outro, respondendo a tudo, de cortes a resfriados e câncer. Mas as plantas não têm esse luxo. Como as células vegetais são imóveis, cada célula individual é forçada a gerenciar sua própria imunidade, além de suas muitas outras responsabilidades, como transformar a luz solar em energia ou usar essa energia para crescer. Como essas células multitarefas realizam tudo isso — detectando ameaças, comunicando essas ameaças e respondendo efetivamente — permanece obscuro.

Novas pesquisas de cientistas do Salk Institute revelam como as células vegetais trocam de papéis para se protegerem contra patógenos. Quando uma ameaça é encontrada, as células entram em um estado imunológico especializado e temporariamente se tornam células PRimary IMmunE Responder (PRIMER) — uma nova população de células que atua como um centro para iniciar a resposta imunológica. Os pesquisadores também descobriram que as células PRIMER são cercadas por outra população de células que eles chamam de células bystander, que parecem ser importantes para transmitir a resposta imunológica por toda a planta.

Os resultados, publicados na Natureza em 8 de janeiro de 2025, aproximar os pesquisadores da compreensão do sistema imunológico das plantas — uma tarefa cada vez mais importante em meio às crescentes ameaças de resistência antimicrobiana e mudanças climáticas, que aumentam a disseminação de doenças infecciosas.

“Na natureza, as plantas são constantemente sendo atacados e requerem um sistema imunológico que funcione bem”, diz o professor José Ecker, autor sênior do estudo, presidente do Conselho Internacional Salk em Genética e pesquisador do Instituto Médico Howard Hughes. “Mas as plantas não têm células imunes móveis e especializadas como nós — elas devem criar um sistema totalmente diferente, onde cada célula pode responder a ataques imunes sem sacrificar suas outras funções. Até agora, não tínhamos muita certeza de como as plantas estavam conseguindo isso.”

As plantas encontram uma ampla gama de patógenos, como bactérias que entram furtivamente pelos poros da superfície das folhas ou fungos que invadem diretamente as células da “pele” das plantas. Como as células vegetais são estacionárias, quando encontram qualquer um desses patógenos, elas se tornam singularmente responsáveis ​​por responder e alertar as células próximas. Outro efeito colateral interessante das células imóveis é o fato de que diferentes patógenos podem entrar em uma planta em diferentes locais e momentos, levando a diferentes estágios de resposta imunológica ocorrendo simultaneamente em toda a planta.

Com fatores como tempo, localização, estado de resposta e mais em jogo, uma planta infectada é um organismo complicado de entender. Para lidar com isso, a equipe de Salk recorreu a duas técnicas sofisticadas de criação de perfil celular chamadas multiômica de célula única resolvida no tempo e transcriptômica espacial. Ao parear as duas, a equipe conseguiu capturar a resposta imune da planta em cada célula com resolução espaço-temporal sem precedentes.

“Descobrir essas raras células PRIMER e suas células espectadoras ao redor é uma grande descoberta sobre como as células vegetais se comunicam para sobreviver às muitas ameaças externas que enfrentam no dia a dia”, diz o primeiro autor Tatsuya Nobori, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Ecker e atual líder de grupo no Laboratório Sainsbury, no Reino Unido.

A equipe introduziu patógenos bacterianos nas folhas de Arabidopsis thaliana—uma erva daninha florida da família da mostarda comumente usada como modelo em pesquisa. Eles então analisaram a resposta da planta para identificar de forma abrangente o estado de cada célula após a infecção. Ao fazer isso, eles descobriram um novo estado de resposta imune, que eles chamaram de PRIMER, que surgiu em células em hotspots imunes específicos. As células PRIMER expressaram um novo fator de transcrição — um tipo de proteína que regula a expressão gênica — chamado GT-3a, que é provavelmente um alarme upstream importante para alertar outras células sobre uma resposta imune vegetal ativa.

Além disso, as células que cercam essas células PRIMER provaram ser igualmente importantes. Chamadas de “células espectadoras”, as células imediatamente vizinhas às células PRIMER estavam expressando genes que permitem a comunicação de célula para célula de longa distância. Os pesquisadores planejam elucidar essa relação em pesquisas futuras, mas, por enquanto, eles suspeitam que as interações entre as células PRIMER e espectadoras são essenciais para propagar a resposta imune pela folha.

Esta nova visão espaço-temporal e específica da célula sobre a resposta imune da planta é já disponível como base de dados de referência para pesquisadores em todo o mundo. À medida que os patógenos continuam a evoluir e se espalhar em meio a mudanças ambientais relacionadas ao clima e à crescente resistência a antibióticos, o banco de dados oferece um trampolim importante para preservar um futuro repleto de plantas e colheitas saudáveis.

“Há muito interesse e demanda por atlas celulares detalhados atualmente, então estamos animados para criar um novo que esteja disponível publicamente para outros pesquisadores usarem”, diz Ecker. “Nosso atlas pode levar a muitas novas descobertas sobre como células vegetais individuais respondem a estressores ambientais, o que será crucial para criar culturas mais resilientes ao clima.”

Outros autores incluem Joseph Nery, de Salk; Alexander Monell, de Salk e da UC San Diego; Travis Lee, de Salk e do Instituto Médico Howard Hughes; Yuka Sakata, Shoma Shirahama e Akira Mine, da Universidade de Kyoto, no Japão.

O trabalho foi apoiado pelo Instituto Médico Howard Hughes e pelo Programa de Ciências de Fronteiras Humanas.

DOI: 10.1038 / s41586-024-08383-z