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sexta-feira, julho 4, 2025

Os pesquisadores acham que o CRISPR é capaz de ainda mais do que pensávamos


Toda criatura viva na Terra precisa se proteger de coisas que o causariam mal. As bactérias não são diferentes. E, apesar de sua relativa simplicidade, eles implantam estratégias defensivas notavelmente experientes contra invasores virais. O mais conhecido é o CRISPR-CAS9, adaptado para uso humano como a primeira técnica de edição genética aprovada pela FDA.

No ano passado, pesquisadores do Laboratório de Bacteriologia de Rockefeller, liderados por Luciano Marraffini e no Laboratório de Biologia Estrutural da MSKCC, liderados por Dinshaw Patel, estudaram os principais componentes imunes de alguns sistemas CRISPR chamados efetores CARF. Essas armas recém -descobertas adotam abordagens diferentes para alcançar o mesmo objetivo: prender a atividade celular, o que impede que um vírus se espalhe pelo restante da população bacteriana.

Em uma publicação recente em Ciênciaos cientistas anunciam o mais novo efetor do CARF que descobriram, que eles cunharam o CAT1. Graças a uma estrutura molecular incomumente complexa, essa proteína pode esgotar um metabolito essencial para a função celular. Deixado sem combustível, os planos do invasor viral para um ataque adicional são interrompidos.

“O trabalho coletivo de nossos laboratórios está revelando o quão eficazes – e diferentes – esses efetores carfes são”, diz Marraffini. “O alcance de suas atividades moleculares é incrível”.

Múltiplos sistemas de defesa

O CRISPR é um mecanismo nos sistemas imunológicos adaptativos de bactérias e outros certos organismos de célula única que oferece proteção contra vírus, chamados fagos. Os seis tipos de sistemas CRISPR funcionam aproximadamente da mesma maneira: um RNA CRISPR identifica o código genético estranho, que desencadeia uma enzima CAS a mediar uma resposta imune, geralmente retirando o materials do invasor.

Mas um crescente corpo de evidências indica que os sistemas CRISPR implantam uma ampla variedade de estratégias defensivas além da tesoura genética. O laboratório de Marraffini liderou o caminho em grande parte desta pesquisa. Em specific, eles estudam uma classe de moléculas em sistemas CRISPR-CAS10 chamados efetores CARF, que são proteínas que são ativadas após a infecção por fagos de uma bactéria.

Acredita -se que a imunidade do efetor carf funcione criando um ambiente inóspito para a replicação viral. Por exemplo, o efetor CAM1 CARF causa despolarização da membrana de uma célula infectada, enquanto o CAD1 desencadeia uma espécie de fumigação molecular, inundando uma célula infectada com moléculas tóxicas.

Congelamento metabólico

Para o presente estudo, os pesquisadores queriam tentar identificar efetores CARF adicionais. Eles usaram o Foldseek, uma poderosa ferramenta de busca de homologia estrutural, para encontrar o CAT1.

Eles descobriram que o CAT1 é alertado sobre a presença de um vírus pela ligação de moléculas de mensagens secundárias chamadas tetra-adenilato cíclico, ou CA4que estimulam a enzima a clicar um metabolito essencial na célula chamado NAD+.

“Uma vez uma quantidade suficiente de NAD+ é clivado, a célula entra em um estado de prática de crescimento “, diz o co-primeiro autor Christian Baca, um estudante de pós-graduação do TPCB no laboratório de Marraffini.” Com a função celular em pausa, o fago não pode mais se propagar e se espalhar para o restante da população bacteriana. Dessa forma, o CAT1 é semelhante ao CAM1 e CAD1, pois todos fornecem imunidade bacteriana em nível populacional “.

Complexidade única

Mas, embora sua estratégia imunológica possa ser semelhante a esses outros efetores do CARF, sua forma não é, como o co-primeiro autor Puja Majumder, um estudioso de pesquisa de pós-doutorado no laboratório de Patel, revelado por meio de análises estruturais detalhadas usando crio-EM.

Ela descobriu que a proteína Cat1 tem uma estrutura surpreendentemente complexa na qual os dímeros Cat1 são colados por CA4 Molécula de sinal, formando filamentos longos após infecção viral e prenda o NAD+ Metabólitos dentro de bolsos moleculares pegajosos. “Uma vez o NAD+ O metabólito é clivado por filamentos CAT1, não está disponível para a célula usar “, explica Majumder.

Mas a complexidade estrutural singular da proteína não para por aí, acrescenta ela. “Os filamentos interagem entre si para formar feixes espirais trigonais, e esses feixes podem se expandir para formar feixes espirais pentagonais”, diz ela. O objetivo desses componentes estruturais ainda precisa ser investigado.

Também incomum é o fato de que o cat1 geralmente parece funcionar sozinho. “Normalmente, nos sistemas CRISPR tipo III, você tem duas atividades que contribuem para o efeito da imunidade”, diz Baca. “No entanto, a maioria das bactérias que codificam o CAT1 parecem depender principalmente do CAT1 para o seu efeito de imunidade”.

Marraffini diz que essas descobertas apresentam novas perguntas intrigantes. “Embora eu ache que provamos o quadro geral – que os efetores do CARF são ótimos em impedir a replicação de fagos – ainda temos muito a aprender sobre os detalhes de como eles fazem isso. Será fascinante ver onde esse trabalho nos leva a seguir”.

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