As plantas são organismos sésseis, ou seja, permanecem fixas ao substrato — o meio físico onde as raízes se fixam, respiram e se alimentam. Portanto, não podem se locomover ou fugir diante de ameaças impostas por predadores e condições climáticas hostis como inundações ou seca. Essa condição favoreceu o desenvolvimento de mecanismos de defesa que lhes permitem reconhecer e responder a diferentes tipos de estresse biótico (causado por organismos vivos) e abiótico (causado por fatores físicos ou químicos ambientais), como: espinhos, substâncias tóxicas e uma classe de moléculas cada vez mais estudada: os peptídeos antimicrobianos. Mas como transformar essa defesa natural em possível tratamento para infecções que afetam humanos e animais? É o que cientistas do Laboratório de Fisiologia e Bioquímica de Microrganismos da UENF do Centro de Biociências e Biotecnologia da UENF (LFBM) vêm investigando.
O grupo reúne três professores do LFBM — Valdirene Moreira Gomes, atual chefe do laboratório, Érica de Oliveira Mello e André de Oliveira Carvalho —, além de pesquisadores, doutorandos, mestrandos e alunos de Iniciação Científica. O foco é desenvolver alternativas aos antimicrobianos convencionais, voltadas à saúde humana e animal e também à agricultura.
A busca ganha urgência com o avanço da resistência microbiana, situação em que microrganismos deixam de responder aos tratamentos disponíveis. A Organização Mundial da Saúde (OMS) considera o problema uma grande ameaça à saúde global e inclui o desenvolvimento de novas estratégias de prevenção e tratamento entre as prioridades internacionais de pesquisa.
— Nossa contribuição, aqui no LFBM, está principalmente em entender como esses peptídeos funcionam e utilizar esse conhecimento para desenvolver moléculas sintéticas com características potencialmente mais adequadas para aplicações biotecnológicas e terapêuticas — resume a professora Érica Mello.
Ela explica que os peptídeos são pequenas moléculas formadas por aminoácidos, os mesmos componentes básicos das proteínas. Em termos simples, são proteínas menores. Plantas, animais e microrganismos produzem peptídeos que participam de seus mecanismos de defesa — os chamados peptídeos antimicrobianos. O interesse científico se deve a características como a baixa toxicidade para células de mamíferos, a ação contra diversos tipos de microrganismos, a rapidez com que atuam e o menor impacto ambiental.
Valdirene Moreira Gomes
Pioneirismo nas pesquisas com peptídeos antimicrobianos no país
Trabalhando com peptídeos antimicrobianos de certas espécies de pimenta, a professora Valdirene Gomes é uma das pioneiras nesta linha de pesquisa no Brasil. Tudo começou em 1995, quando fazia doutorado na Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), sob orientação do professor José Xavier Filho, quando este passou a trabalhar na UENF.
— Eu era orientanda dele desde a Iniciação Científica. Esse vínculo me levou a manter a matrícula no doutorado na Unifesp, enquanto desenvolvia praticamente toda a pesquisa experimental na UENF. Minha pesquisa era voltada para as proteínas produzidas pelas plantas para se protegerem de patógenos, herbívoros e insetos — conta.
Ao concluir o doutorado, em 1997, direcionou seu trabalho para os peptídeos, com atividade contra fungos que afetam plantas e animais, entre eles as espécies do gênero Candida e outros gêneros fitopatogênicos, como Fusarium e Colletotrichum. Na época, o campo ainda era pouco explorado no Brasil.
— Nesta época os estudos estavam começando, fui uma das pioneiras no Brasil. Hoje muita gente trabalha com peptídeos porque suas atividades antimicrobianas são mais ativas, quando comparadas a várias outras proteínas de plantas: isso envolve o mecanismo de ação, já que por essas serem menores, o tamanho favorece a entrada deles na célula — diz a pesquisadora.
Desde então, sua linha de pesquisa segue dois caminhos complementares: o isolamento e a caracterização bioquímica de peptídeos antifúngicos extraídos diretamente de plantas e o desenho racional de versões sintéticas menores, capazes de manter a atividade original com moléculas mais simples e de menor custo de produção.
— Os peptídeos antimicrobianos não estão só nas plantas: eles estão em todos os reinos, isolados de animais, de humanos, de microrganismos, de plantas. É uma fonte de riquezas inesgotável — afirma.
Valdirene trabalha com peptídeos antimicrobianos de certas espécies de pimenta, em colaboração com a professora Rosana Rodrigues, do Laboratório de Melhoramento Genético Vegetal (LMGV) do Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias (CCTA) da UENF, responsável por uma ampla coleção de cultivares de pimenta.
Em testes de laboratório, os peptídeos da pimenta têm se mostrado eficientes contra leveduras, fungos unicelulares como as leveduras do gênero Candida. Ao atuar sobre a membrana dessas células, eles causam alterações no formato e impedem seu crescimento e sua multiplicação.
O processo de pesquisa é demorado. Cada extrato vegetal pode conter de dezenas a centenas de proteínas, que precisam ser separadas por cromatografia, técnica que as distingue por suas características físico-químicas, até que se obtenha um único peptídeo isolado.
Seguem-se as etapas de caracterização, que identificam a estrutura da molécula e seu mecanismo de ação: se rompe membranas celulares, inibe as atividades mitocondriais (as “usinas de energia” das células) ou provoca estresse oxidativo, um desequilíbrio químico que danifica o microrganismo.
Com quase 180 artigos publicados, 80% deles dedicados a peptídeos antimicrobianos, o laboratório já isolou dezenas dessas moléculas. Para Valdirene, a diversidade encontrada nas variedades de pimenta estudadas está entre as descobertas mais surpreendentes dos últimos anos.
Inspirados na natureza, aperfeiçoados em laboratório
Em sua pesquisa, a professora Érica estuda peptídeos isolados de fontes naturais, como as plantas, para entender quais características são responsáveis por sua atividade. A partir desse conhecimento, o grupo desenvolve versões sintéticas inspiradas nesses modelos, os “peptídeos antimicrobianos bioinspirados”: moléculas produzidas em laboratório e modificadas para terem maior atividade, seletividade e segurança de uso.
Segundo o professor André Carvalho, os peptídeos bioinspirados são essenciais às pesquisas, porque é muito difícil purificar o peptídeo natural na quantidade necessária para estudar seu mecanismo de ação e, mais ainda, para aplicações biotecnológicas, que exigem grandes volumes.
— As modificações permitem melhorar a atividade biológica. Por exemplo, eu posso trocar alguns aminoácidos, pequenas unidades que formam os peptídeos, para aumentar a atividade biológica. Posso também, ao trocar os aminoácidos, eliminar atividades que são indesejáveis, como por exemplo, a atividade hemolítica (que destrói as células vermelhas do sangue) — explica.
Possível tratamento para cárie dentária é uma das vertentes das pesquisas
Um dos alvos da pesquisa da professora Érica Mello são as infecções fúngicas e os biofilmes microbianos: comunidades de diferentes microrganismos que vivem organizados e protegidos por uma espécie de “estrutura” produzida por eles mesmos, formada por açúcares, proteínas e material genético. Um exemplo é a placa bacteriana que se forma sobre os dentes, uma das causas da cárie e de outras doenças bucais.
— É como se os microrganismos construíssem uma espécie de “fortaleza”, que dificulta a ação dos antimicrobianos e do sistema de defesa do organismo. E isso faz desses biofilmes estruturas ainda mais difíceis de combater, estruturas muito mais resistentes — explica a professora.
O estudo de estratégias para controlar com mais eficiência os microrganismos e os biofilmes associados à cárie dentária, especialmente Streptococcus mutans e espécies do gênero Candida, é conduzido pelo doutorando Igor Nascimento, orientando da professora Érica no Programa de Pós-Graduação em Biociências e Biotecnologia da UENF. Recentemente Igor foi aprovado no Edital da Rede Bridges – Capes Global e irá fazer doutorado sanduiche na Universidad Cardenal Herrera, em Valencia, na Espanha.
Érica, porém, é cautelosa ao falar em “cura definitiva” da cárie. Apesar do grande potencial dos peptídeos antimicrobianos, ela lembra que a doença é multifatorial, ou seja, resulta da interação entre microrganismos, biofilme, dieta, saliva, características do hospedeiro e condições do ambiente bucal.
— Pretendemos somar nossos conhecimentos para utilizar os peptídeos em produtos ou materiais odontológicos destinados a reduzir a formação ou a atividade desses biofilmes. E ainda investigar a possibilidade de incorporar esses peptídeos a estratégias de prevenção e controle da doença, inclusive em materiais restauradores e outras tecnologias para a saúde bucal — diz. A pesquisa conta com a colaboração da professora Maira Terra, da Universidade Estadual Paulista (Unesp), e busca aproximar a pesquisa básica do desenvolvimento de soluções inovadoras para a prevenção e o controle da cárie dentária.
Peptídeos do Feijão-de-corda: uma defesa vegetal contra fungos
O professor André investiga peptídeos bioinspirados derivados da defensina do feijão-de-corda. Defensinas são peptídeos antimicrobianos produzidos por quase todos os organismos vivos, inclusive as plantas. Estudos indicam que essa classe age contra diversos patógenos e tem baixa toxicidade para células de mamíferos. Recentemente, alguns trabalhos apontam também uma possível capacidade antitumoral. Nos testes do grupo, os peptídeos mostraram atividade fungicida contra leveduras de importância médica, especialmente Candida tropicalis e Candida albicans.
O feijão-de-corda foi escolhido por resistir à seca, calor, solos ácidos e solos pobres em nutrientes, condições em que outras leguminosas não se desenvolvem bem. A planta também cresce rápido, tolera sombreamento e enriquece o solo ao captar nitrogênio do ar com ajuda de microrganismos.
Entender como plantas como esta resistem a doenças causadas por fungos é parte do desafio.
— Ainda não conhecemos os mecanismos de resistência de plantas a várias doenças fúngicas. O esclarecimento desses mecanismos é uma etapa fundamental para o desenvolvimento de métodos de controle adequados, bem como para a compreensão da interação entre patógeno e hospedeiro — afirma.
Alternativa para fungos que ameaçam a vida
Um dos principais focos do grupo são as infecções causadas por fungos, principalmente as associadas à formação de biofilmes e ao gênero Candida. O gênero inclui espécies capazes de causar desde infecções superficiais, como a candidíase oral (o popular “sapinho”), até infecções invasivas graves, sobretudo em pacientes vulneráveis.
— Os biofilmes formados por Candida apresentam grande resistência aos antifúngicos convencionais, o que torna a busca por novas estratégias particularmente importante — afirma Érica.
O grupo também investiga outros fungos de importância clínica, como as leveduras do gênero Malassezia, associadas a condições dermatológicas como a pitiríase versicolor (popular “pano branco”), dermatite seborreica e caspa, entre outras.
Segundo André, a aplicação mais plausível dos peptídeos antimicrobianos em seres humanos seria como antifúngicos alternativos para doenças fúngicas invasivas. O uso pode se estender a doenças de animais, como a esporotricose, causada por fungos do gênero Sporothrix e muito prevalente no Estado do Rio de Janeiro. Esta parte do trabalho tem sido desenvolvida pelo pesquisador de Pós-doutorado sênior da Faperj, Gabriel Taveira.
Ele ressalta que, nas últimas duas décadas, as micoses disseminadas e invasivas causadas por fungos oportunistas tornaram-se uma importante preocupação de saúde pública. Estima-se que as infecções fúngicas invasivas atinjam cerca de 6,5 milhões de pessoas no mundo e provoquem diretamente cerca de 3,8 milhões de mortes por ano. Entre as mais prevalentes estão a aspergilose invasiva, a aspergilose pulmonar crônica e a candidemia (infecção por Candida que chega à corrente sanguínea).
— O estudo do mecanismo de ação dos peptídeos sobre fungos está bastante avançado. O maior gargalo é a produção do peptídeo em grande quantidade para fazer testes em animais, como camundongos — diz.
Possibilidades e limites
Uma das possibilidades é desenvolver alternativas ou complementos aos antimicrobianos convencionais, sobretudo para microrganismos resistentes aos tratamentos disponíveis. Diferentemente dos fármacos mais usados pela população, os peptídeos podem atuar sobre os microrganismos de diferentes maneiras.
— Muitos deles conseguem interagir com a membrana celular e provocar sua desorganização, enquanto outros podem interferir em processos importantes para a sobrevivência ou formação do biofilme. Essa diversidade de mecanismos é particularmente interessante quando pensamos em microrganismos resistentes e em biofilmes, que são naturalmente mais difíceis de combater.
Se as pesquisas avançarem no sentido esperado, os peptídeos poderão ser usados como agentes antimicrobianos ou antifúngicos, em formulações de uso tópico, em estratégias de controle de biofilmes, associados a outros tratamentos ou incorporados a materiais biomédicos e odontológicos.
— É importante destacar que nossos resultados ainda estão no campo do in vitro, ou seja, são testes realizados em condições controladas no nosso laboratório. Portanto, não estamos afirmando que os peptídeos estudados já possam ser utilizados como medicamentos. Antes de qualquer aplicação clínica, são necessários estudos adicionais de eficácia, segurança, estabilidade, formulação e, posteriormente, ensaios clínicos — afirma Érica.
(Jornalista: Fúlvia D’Alessandri – Fotos: Clara Freitas – ASCOM/UENF)
