Autodefesa para plantas

Autodefesa para plantas

Cientistas da Salk caracterizam resposta imune incomum de plantas a infecções bacterianas

LA JOLLA—Quando você vê manchas marrons em folhas verdes saudáveis, pode estar testemunhando a resposta imune de uma planta enquanto ela tenta impedir que uma infecção bacteriana se espalhe. Algumas plantas são mais resistentes a essas infecções do que outras, e os biólogos vegetais querem entender o porquê. Cientistas do Instituto Salk que estudam uma proteína vegetal chamada SOBER1 descobriram recentemente um mecanismo pelo qual, contra-intuitivamente, as plantas parecem se tornar menos resistentes à infecção.

A obra, que apareceu em Natureza das Comunicações em 19 de dezembro de 2017, lança luz sobre a resistência das plantas em geral e pode levar a estratégias para aumentar a imunidade natural das plantas ou para conter melhor as infecções que ameaçam destruir toda uma safra agrícola.

“Há muitas perdas no rendimento das colheitas devido a bactérias que matam as plantas”, diz o autor sênior do artigo. Joanne chory, investigador do Instituto Médico Howard Hughes, diretor do Laboratório de Biologia Molecular e Celular de Salk e ganhador do Prêmio Breakthrough em Ciências da Vida em 2018. “Com este trabalho, procuramos entender o mecanismo subjacente de como a resistência funciona e ver como ela é geral”.

Uma das maneiras pelas quais as plantas combatem a infecção bacteriana é matando suas próprias células nas quais as proteínas bacterianas são detectadas. Mas algumas bactérias desenvolveram uma contra-estratégia - injetando proteínas especiais que suprimem a resposta imune da planta, adicionando pequenas marcas químicas incapacitantes chamadas grupos acetil às moléculas imunes. Este processo é chamado de acetilação. O que torna certas plantas capazes de resistir a essas contramedidas bacterianas, enquanto outras sucumbem à infecção, permanece incerto.

Como meio de entender melhor essas interações patógeno-planta, a equipe de Chory voltou-se para a erva daninha bem estudada Arabidopsis thaliana e, em particular, uma enzima chamada SOBER1 - que já havia sido relatada como supressora da resposta imune da erva a uma proteína bacteriana conhecida como AvrBsT. Embora possa parecer contra-intuitivo usar a supressão imunológica para estudar a resistência à infecção, os biólogos de Salk pensaram que isso poderia fornecer informações úteis.

Os pesquisadores começaram determinando a sequência de aminoácidos do SOBER1 – a ordem específica dos blocos de construção que dá à proteína sua identidade básica. Curiosamente, eles descobriram que era muito semelhante a uma enzima humana relacionada ao caminho do câncer. Essa enzima contém um túnel característico no qual proteínas com certos tipos de modificações podem se encaixar e serem cortadas como parte da reação enzimática. Acontece que o SOBER1 pode ser classificado como parte de uma vasta superfamília de proteínas conhecida como hidrolases alfa/beta. Essas enzimas compartilham uma estrutura central comum, mas são muito flexíveis nas reações químicas que catalisam, que vão desde a quebra da gordura até a desintoxicação de produtos químicos chamados peróxidos.

Em seguida, eles usaram uma técnica de mais de 100 anos chamada cristalografia de raios-X para determinar a estrutura tridimensional do SOBER1. Embora semelhante à enzima humana, o túnel da enzima vegetal tinha dois aminoácidos extras saindo do topo: um na entrada e outro no meio.

“Quando os vimos, percebemos que eles tinham um efeito dramático na função porque basicamente bloqueiam o túnel”, diz o associado de pesquisa de Salk e co-primeiro autor Marco Bürger.

Para descobrir qual seria o propósito, Bürger e o co-primeiro autor Björn Willige, também pesquisador associado, usaram substratos (moléculas sobre as quais as enzimas atuam) com diferentes comprimentos e testaram bioquimicamente o quão bem eles se encaixavam na enzima e se poderiam ser cortados. . Apenas alguns tipos se encaixam e foram cortados - grupos acetil muito curtos. Isso sugeriu que SOBER1 é uma desacetilase – uma classe de enzima que remove grupos acetil. Além disso, a equipe modificou SOBER1 e assim abriu o túnel bloqueado. Com essa mudança, Bürger e Willige criaram uma enzima que perdeu sua forte especificidade para grupos acetil curtos e, em vez disso, preferiu substratos mais longos.

“Para os experimentos iniciais de bioquímica, usamos substratos artificiais estabelecidos”, diz Willige. “Mas depois queríamos ver o que aconteceria nas plantas.”

Para isso, eles usaram plantas de tabaco – que têm folhas grandes e fáceis de trabalhar – e uma bactéria com uma proteína chamada AvrBsT, conhecida por desencadear acetilação. Eles produziram AvrBsT em diferentes regiões das folhas de tabaco junto com SOBER1 e várias versões mutantes (e, portanto, não funcionais) da enzima.

Folhas produtoras de AvrBsT tinham manchas marrons de tecido morto, oindicando que AvrBsT iniciou um programa de morte celular para reduzir a propagação sistêmica do patógeno. As folhas que produziram AvrBsT junto com SOBER1 pareciam saudáveis, indicando que SOBER1 reverteu a ação de AvrBsT. Surpreendentemente, as versões SOBER1 mutantes com um túnel aberto não foram capazes de impedir que o tecido morresse. A partir disso, os pesquisadores concluíram que a desacetilação deve ser a reação química subjacente que leva à supressão da resposta imune da planta.

Os testes de tabaco apoiaram a ideia de SOBER1 ser uma desacetilase que removeria grupos acetil adicionados por proteínas bacterianas. Sem os grupos acetil que marcam as proteínas, a planta não os reconhece como estranhos e, portanto, não monta uma resposta imune que mata as células. As folhas pareciam mais saudáveis ​​porque as células não estavam morrendo.

“A função do SOBER é surpreendente porque mantém o tecido infectado vivo, o que coloca a planta em risco”, diz Chory, que também ocupa a cadeira Howard H. e Maryam R. Newman em Biologia Vegetal em Salk. “Mas estamos apenas começando a entender esses tipos de mecanismos, e pode muito bem haver condições nas quais as ações do SOBER1 são benéficas”.

Testes adicionais mostraram que a atividade e a função do SOBER1 não se restringem à erva daninha Arabidopsis thaliana, mas também existe em uma planta chamada colza, demonstrando que as descobertas do laboratório de Chory podem ser aplicadas a culturas agrícolas e recursos de biocombustíveis.

Em seguida, Bürger e Willige gostariam de iniciar a triagem de inibidores químicos que poderiam bloquear o SOBER1, permitindo assim que as plantas tivessem uma resposta imune completa às bactérias patogênicas.

O trabalho foi financiado pelo Howard Hughes Medical Institute, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Human Frontier Science Program e The Pioneer Postdoctoral Endowment Fund.