Revelado o mecanismo de ação bactericida da violaceína

Pigmento violeta produzido por microrganismos encontrados no ambiente, como a Chromobacterium violaceum, apresenta diversas atividades biológicas

Agência FAPESP – Em artigo publicado na revista ACS Infectious Diseases, pesquisadores brasileiros descreveram o mecanismo de ação bactericida da violaceína – pigmento violeta produzido por bactérias ambientais, especialmente as da espécie Chromobacterium violaceum.

Segundo os autores do estudo, a substância tem como alvo a membrana citoplasmática de bactérias, afetando principalmente as do tipo gram-positivas, como as dos gêneros Streptococcus, Enterococcus e Listeria. Entre as diversas atividades biológicas já relatadas para o composto, está a capacidade de destruir esses microrganismos – mesmo os que já se tornaram resistentes aos antibióticos hoje disponíveis na clínica.

A investigação foi conduzida com apoio da FAPESP pelos grupos de pesquisa coordenados por Frederico Gueiros-Filho, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP), e por Marcelo Brocchi, do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

“Sabe-se que esse pigmento é um potente bactericida desde 1945 e, mesmo assim, seu mecanismo de ação nunca tinha sido estudado. Temos inúmeras moléculas com atividade biológica reportada na literatura, mas, para que possam dar origem a fármacos, é preciso antes descobrir como atuam”, disse Gueiros-Filho.

Alvo atraente

A violaceína é um produto natural, um pigmento derivado do aminoácido triptofano. Ela é produzida como um metabolito secundário por várias bactérias filogeneticamente distintas encontradas em ambientes como oceanos, geleiras, rios e solos. A primeira bactéria descrita como produtora de violaceína e a mais estudada até o momento é a C. violaceum.

A molécula atraiu atenção por causa de seu amplo espectro de atividades biológicas. Além de ser um potente antibacteriano, inclusive contra patógenos resistentes a antibióticos, como o Staphylococcus aureus resistente à meticilina, apresenta atividades antifúngicas, antiprotozoárias, antivirais, antitumorais e antioxidantes. Diversos estudos descrevem essas propriedades, mas a questão, segundo Gueiros-Filho, era identificar o alvo e o modo de ação da violaceína.

O primeiro passo do estudo, segundo o pesquisador, foi tratar bactérias das espécies Bacillus subtilis e Staphylococcus aureus com violaceína. Usando microscopia de fluorescência e um conjunto de corantes, o grupo constatou que o pigmento permeabiliza rapidamente as células das bactérias. A permeabilização celular foi acompanhada pelo aparecimento de descontinuidades visíveis (rasgos) na membrana citoplasmática, embora a parede celular não tenha sido afetada. Os pesquisadores também demonstraram a permeabilização das membranas medindo o vazamento de ATP (adenosina trifosfato, molécula que armazena energia) das células tratadas.

Depois, em colaboração com o grupo da professora Iolanda M. Cuccovia, também do IQ-USP, o estudo foi aprofundado com experimentos in vitro. Os testes mostraram que a violaceína também perturba a estrutura e a permeabilidade de lipossomas, esferas ocas circundadas por membranas criadas no tubo de ensaio a partir dos mesmos componentes que formam a membrana das células, os fosfolipídios.

“Com esses experimentos, mostramos que o observado nas células pode ser atribuído a um efeito direto da violaceína na membrana”, disse Gueiros-Filho.

Além disso, simulações computacionais de dinâmica molecular foram usadas para revelar como a violaceína se insere em bicamadas lipídicas, como as que formam a membrana citoplasmática.

A partir dos resultados obtidos, os autores do estudo propõem que a presença da violaceína intercalada entre os fosfolipídios seja suficiente para interferir com a organização da membrana, aumentando as distâncias entre as moléculas fosfolipidicas e levando a membrana a perder sua integridade.

Ao danificar membranas, a violaceína é capaz de destruir bactérias persistentes, que ficam em estado dormente como estratégia de resistência a antibióticos que dependem da atividade metabólica do microrganismo. Essas bactérias formam biofilmes para sobreviver em ambientes hostis.

A membrana citoplasmática é um alvo atraente e pouco explorado de antimicrobianos e, para os pesquisadores, a descoberta de que a violaceína tem a membrana como alvo biológico deve definir o cenário para futuras pesquisas sobre a utilidade deste produto natural.

O trabalho de investigação contou com apoio da FAPESP por meio dos projetos “Como bactérias coordenam a biogênese de membranas com o crescimento e a divisão celular?”, “Análise dos mecanismos de atividade antibacteriana da violaceína sobre Staphylococcus aureus e parâmetros farmacocinéticos” e “Química em interfaces: interações de fármacos, peptídios e enzimas com membranas modelos”.

Uma questão importante ainda a ser investigada é a seletividade do composto. A membrana citoplasmática é uma estrutura comum e semelhante em todas as células vivas. Desse modo, a violaceína poderia afetar também células eucarióticas, como a dos humanos. Gueiros-Filho sugere que esta deve ser a razão pela qual a violaceína apresenta atividade contra tantos tipos de patógenos, como fungos, protozoários, além de tumores.

De fato, dados preliminares obtidos pelos cientistas da USP e da Unicamp indicam que a violaceína não é muito seletiva para a membrana de bactérias e pode se tornar tóxica para os hospedeiros. Nesse caso, seria necessário modificar quimicamente a molécula para torná-la mais específica.

A disseminação de bactérias multirresistentes é hoje uma das maiores ameaças à saúde global e tem sido favorecida pelo uso excessivo de antibióticos, tanto na saúde humana como na agricultura.

A Organização Mundial de Saúde (OMS) alerta que podemos estar caminhando para uma era pós-antibiótico, na qual infecções comuns e ferimentos leves podem voltar a matar. Como a maioria dos antibióticos atualmente em uso foi descoberta há algumas décadas e é dirigida contra um conjunto limitado de alvos, o desenvolvimento de novos antimicrobianos com diferentes mecanismos de ação é uma necessidade urgente.

O artigo Violacein Targets the Cytoplasmic Membrane of Bacteria, de Ana C. G. Cauz, Gustavo P. B. Carretero, Greice K. V. Saraiva, Peter Park, Laura Mortara, Iolanda M. Cuccovia, Marcelo Brocchi e Frederico J. Gueiros-Filho, pode ser acessado em https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsinfecdis.8b00245.

* Com informações de Maria Celia Wider.