• O parasita da malária está repleto de pequenos cristais que giram sem parar, um comportamento estranho que intrigou os cientistas durante décadas.
• Os pesquisadores descobriram agora que esses cristais são alimentados pela quebra do peróxido de hidrogênio, uma reação semelhante à usada em motores de foguetes.
• Essa rotação constante pode ajudar o parasita a sobreviver, eliminando com segurança o peróxido tóxico e gerenciando compostos nocivos de ferro.

Impacto: Esta descoberta poderá abrir portas a novos tratamentos contra a malária e inspirar avanços na tecnologia de robôs microscópicos.

Girando cristais dentro dos parasitas da malária

Cada célula do parasita mortal causador da malária Plasmodium falciparum contém um minúsculo compartimento repleto de cristais microscópicos de ferro. Enquanto o parasita está vivo, esses cristais estão em constante movimento. Eles giram, saltam e colidem dentro de seu espaço confinado como moedas soltas balançando violentamente em uma máquina, movendo-se tão rápida e imprevisivelmente que as ferramentas científicas padrão têm lutado para rastreá-los. Quando o parasita morre, entretanto, o movimento para imediatamente.

Estes cristais de ferro têm sido um foco chave para os medicamentos antimaláricos, mas o seu movimento incomum tem intrigado os cientistas desde que foi observado pela primeira vez. “As pessoas não falam sobre o que não entendem e, como o movimento destes cristais é tão misterioso e bizarro, tem sido um ponto cego para a parasitologia durante décadas”, diz Paul Sigala, PhD, professor associado de bioquímica na Escola de Medicina Spencer Fox Eccles (SFESOM) da Universidade de Utah.

Agora, a equipe de Sigala descobriu o mecanismo por trás desse comportamento estranho. Os cristais são impulsionados por uma reação química semelhante à usada para alimentar foguetes.

A descoberta poderá apontar para novas estratégias para o tratamento da malária e também oferecer insights para a concepção de sistemas robóticos em nanoescala. As descobertas foram publicadas em PNAS.

Química semelhante a um foguete impulsiona o movimento do cristal

Os pesquisadores descobriram que os cristais, feitos de um composto contendo ferro chamado heme, são acionados pela decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio. Esta reação libera energia, fornecendo a força necessária para manter os cristais em movimento.

Este tipo de propulsão é bem conhecido na engenharia aeroespacial, onde o peróxido de hidrogênio é usado como combustível para lançar espaçonaves, mas não havia sido identificado anteriormente em um sistema biológico. “Esta decomposição do peróxido de hidrogênio tem sido usada para alimentar foguetes de grande escala”, diz Erica Hastings, PhD, pós-doutoranda em bioquímica no SFESOM. “Mas não creio que isso tenha sido observado em sistemas biológicos.”

O peróxido de hidrogênio é abundante no pequeno compartimento que abriga os cristais, e o parasita o produz naturalmente como subproduto. Isso o tornou um forte candidato como fonte potencial de energia. Experimentos confirmaram que o peróxido de hidrogênio por si só poderia fazer com que cristais isolados girassem, mesmo fora do parasita.

Quando os parasitas foram cultivados em condições de baixo teor de oxigênio, o que reduz a produção de peróxido de hidrogênio, os cristais diminuíram para cerca de metade de sua velocidade normal, apesar dos parasitas permanecerem saudáveis.

Por que o Crystal Motion pode ajudar os parasitas a sobreviver

Os investigadores acreditam que este movimento constante pode desempenhar um papel crítico para ajudar o parasita a permanecer vivo. Uma possível explicação envolve o próprio peróxido de hidrogênio, que é altamente tóxico. Os cristais giratórios podem ajudar o parasita a quebrar com segurança o excesso de peróxido, reduzindo o risco de danos causados ​​por reações químicas prejudiciais.

Sigala sugere outro benefício. O movimento pode impedir que os cristais se colem, o que limitaria a sua capacidade de armazenar heme adicional. Se os cristais se aglomerarem, eles perderão a área de superfície necessária para processar o heme com mais eficiência. Ao permanecer em movimento, o parasita poderá gerenciar esse processo de maneira mais eficaz.

Implicações para novos medicamentos e nanotecnologia

Segundo os pesquisadores, esses cristais giratórios representam o primeiro exemplo conhecido de nanopartícula metálica autopropelida na biologia. Eles suspeitam que processos semelhantes possam existir em outras partes da natureza.

As descobertas podem ajudar a orientar o desenvolvimento de robôs microscópicos avançados. “Partículas autopropelidas nanoengenhadas podem ser usadas para uma variedade de aplicações industriais e de distribuição de medicamentos, e acreditamos que esses resultados poderão trazer insights potenciais”, diz Sigala.

Existem também aplicações médicas potenciais. “Acreditamos que a degradação do peróxido de hidrogênio provavelmente contribui de forma importante para a redução do estresse celular”, diz Sigala. “Se houver maneiras de bloquear a química na superfície do cristal, isso por si só pode ser suficiente para matar os parasitas.”

Como este mecanismo é muito diferente de qualquer outro encontrado nas células humanas, apresenta um alvo atraente para novos tratamentos. Os medicamentos concebidos para interferir neste processo têm menos probabilidade de causar efeitos colaterais prejudiciais. “Se direcionarmos um medicamento para uma área muito diferente das células humanas, provavelmente não terá efeitos colaterais extremos”, explica Hastings. “Se pudermos definir como esse parasita é diferente do nosso corpo, isso nos dará acesso a novas orientações para medicamentos”.

Os resultados são publicados em PNAS como “Propulsão química do movimento do cristal de hemozoína em parasitas da malária”.

O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (números de concessão R35GM133764, R21AI185746, R35GM14749 e T32AI055434), pelo Centro de Utah para Distúrbios de Ferro e Heme (número de concessão U54DK110858), pelo Price College of Engineering da Universidade de Utah e pela Iniciativa 3i da Universidade de Utah Health. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde.