Toxina botulínica X descoberta, com novas propriedades – Vector blog

Botulismo é uma doença rara, potencialmente fatal e paralisante. É a razão pela qual não devemos alimentar os bebés com mel e porque precisamos de ter cuidado no consumo de alimentos caseiros: eles podem potencialmente conter toxinas nocivas para os nervos produzidas pelo Clostridium botulinum. A toxina botulínica é classificada como um dos seis mais perigosos agentes potenciais de bioterrorismo.

Existem sete tipos conhecidos de toxina botulínica. As toxinas A e B foram identificadas pela primeira vez em 1919, e purificadas pela primeira vez em 1946 e 1947, respectivamente. (Ambas também são utilizadas medicamente.) As toxinas C, D, E e F acabaram por ser seguidas. A última, toxina G, foi identificada em 1969 nas bactérias do solo na Argentina.

E é aí que se encontrava até agora. Mas para nos defendermos verdadeiramente contra o botulismo, precisamos conhecer todas as toxinas feitas pelas várias cepas de C. botulinum, já que cada uma requer um anticorpo separado para neutralizá-la.

“Por muito tempo, nenhuma nova toxina foi encontrada”, diz Min Dong, PhD, professora assistente do Departamento de Urologia do Hospital Infantil de Boston e do Departamento de Microbiologia e Imunobiologia da Faculdade de Medicina de Harvard. “Encontramos novos subtipos, mas não uma toxina totalmente nova. A questão tem sido quando encontraríamos uma, e onde procurá-la”

Em 2013, um grupo na Califórnia tinha o que parecia ser uma nova toxina, tipo H, mas provou ser um falso alarme: quando a proteína foi eventualmente sequenciada, descobriu-se que era uma combinação de duas toxinas existentes (um subtipo de toxina F com um pedaço de toxina A).

Na última semana na Nature Communications, Dong e colegas relataram a primeira nova toxina botulínica a ser encontrada em cerca de 50 anos. Provisoriamente chamada toxina X, ela tem algumas propriedades incomuns que a diferenciam das outras.

“Sequência-na medida em que não se parece com nenhuma outra toxina, e não pode ser reconhecida por anticorpos para qualquer outra toxina botulínica conhecida”, diz Dong.

Reabrindo um caso frio

As bactérias que produzem a toxina X tinham sido isoladas nos anos 90 no Japão. A cepa, que tinha causado casos de botulismo infantil, foi devidamente categorizada, e sua toxicidade foi atribuída à toxina B. A bactéria foi sequenciada, e a seqüência que codificou a toxina B foi encontrada.

Isso pareceu ser o fim da história. “Foi posta de lado”, diz Dong.

Mas em 2015, outro grupo japonês sequenciou o genoma da bactéria e colocou a seqüência em uma base de dados pública.

“O que eles perderam dentro desta seqüência genômica foi uma peça que contém este novo gene da toxina”, diz Dong.

Pål Stenmark na Universidade de Estocolmo, na Suécia, notou isso pela primeira vez em uma análise bioinformática. O novo gene tinha todas as características de codificar uma toxina funcional.

“Temos colaborado com Pål na estrutura-função de toxinas botulínicas por um longo tempo”, diz Dong. “Ele veio até mim com esta informação e decidimos unir forças e categorizar a toxina funcionalmente”.

Com o pós-doutorado Sicai Zhang, PhD, liderando o trabalho, os pesquisadores validaram a atividade da toxina, montando-a artificialmente no laboratório. “Decidimos evitar a geração do gene da toxina ativa em toda a sua extensão, pois a introdução de um gene de toxina no organismo ou sistema celular é sempre uma preocupação significativa com a biossegurança”, diz Dong. “Em vez disso, desenvolvemos uma abordagem para gerar uma quantidade limitada de toxina em tubos de ensaio, unindo dois fragmentos não tóxicos”

Esta abordagem forneceu todos os elementos necessários para entender como a toxina X funciona. Jie Zhang, PhD, um cientista sênior do laboratório de Dong, foi capaz de mostrar que ela causa paralisia em ratos semelhante a outras toxinas botulínicas.

Aplicações terapêuticas?

A surpresa não parou aqui. Em outros estudos, o membro do laboratório Sicai Zhang, PhD, descobriu que a toxina botulínica X clivou o mesmo conjunto de proteínas nervosas visadas por outras toxinas botulínicas. Mas também clivou um grupo de proteínas que nenhuma outra toxina toca.

“Tipo X tem esta capacidade única de clivar VAMP4, VAMP5 e Ykt6”, elabora Dong. “Algumas dessas proteínas são mal caracterizadas, então a toxina tipo X será uma ferramenta valiosa para definir suas funções.”

Os alvos adicionais podem potencialmente dotar a toxina X com propriedades diferentes quando usada medicamente. As toxinas botulínicas A e B são atualmente usadas para espasticidade, dor crônica, bexiga hiperativa e remoção de rugas, para citar algumas aplicações. Elas funcionam através do corte de proteínas em terminações nervosas que afetam a secreção dos neurotransmissores, afetando por sua vez a comunicação neuronal. Os efeitos do corte das proteínas adicionais ainda não foram explorados.

“Esta nova toxina pode acrescentar benefícios terapêuticos adicionais? Esta é uma pergunta emocionante para a qual não temos a resposta agora”, diz Dong. “Nós também ainda não sabemos a potência desta toxina. Isso precisa ser estudado também, por um laboratório aprovado pelo CDC”

Para Dong, o processo de descoberta é tão convincente quanto os resultados.

“Tradicionalmente, você descobre fatores de virulência bacteriana olhando as conseqüências da infecção e encontrando as proteínas e os genes”, diz ele. “Neste caso, a toxina foi descoberta pela sequenciação do genoma inteiro da bactéria. Isto ilustra a importância da genética e das abordagens bioinformáticas para a compreensão do mundo microbiano”