Investigadores do IBMC publicam na “Nature”

Modelo 3D do transportador KtrAB: a cor mais clara, uma coroa mergulhada na membrana da bactéria e que constitui o poro por onde passam os iões de potássio; e a cor mais escura o anel que ao alterar a forma controla a entrada dos iões.

Dois modelos da estrutura de transportadores de potássio são publicados esta quinta-feira, na prestigiada revista Nature, sendo um deles de autoria inteiramente portuguesa. A equipa composta por três investigadores do Instituto de Biologia Molecular e Celular (IBMC) da Universidade do Porto, liderada por João Morais Cabral, expõe a forma como funciona o transportador KtrAB da bactéria Bacillus subtilis.

Explicar o funcionamento destas nanoestruturas naturais foi tecnicamente complexo mas é importante para compreender as estratégias dos organismos na resistirem à salinidade e à seca. Desta forma, o estudo publicado abre portas ao desenho de novas ferramentas a aplicar em nanomáquinas do futuro, ou à biotecnologia de plantas em situações extremas.

Para o coordenador da equipa, João Morais Cabral, perceber como “funciona uma máquina de 10 nm”, ou seja, dez vezes menor que as partículas do fumo, “é o mais empolgante destes trabalhos”. De resto, a antevisão de potenciais aplicações da descoberta não é a prioridade do grupo de investigação, que integra ainda Ricardo Vieira Pires e Andras Szollosi. “Nós centramo-nos na compreensão dos fenómenos e geramos modelos que explicam esses fenómenos”, afirma o investigador, adiantando que “ este tipo de investigação é essencial para o desenvolvimento de aplicações práticas”.

Grupo de investigação é composto por Andras Szollosi, Ricardo Vieira Pires e João Morais Cabral, líder da equipa.

De facto, nanoestruturas como esta tem elevado potencial como ferramentas para a biologia sintética, que trata da construção de organismos artificiais, para o desenvolvimento da novas soluções para a nanomedicina, ou, para criação de espécies mais resistentes à hipersalinidade. Na verdade, qualquer aplicação potencial desta descoberta “depende apenas dos limites da imaginação de quem a quiser vir a utilizar”, defende João Morais Cabral.

Na senda do Nobel…

Para compreender a importância deste estudo é necessário lembrar que existe sempre mais potássio dentro das células do que fora, e que o contrário acontece com o sódio. A separação destes dois iões, dos mais comuns na Natureza,  é absolutamente essencial para a sobrevivência da célula e por consequência dos organismos. Para criar e manter esta diferença as células têm proteínas nas membranas que as delimitam. Estas proteínas funcionam como bombas ou canais e movimentam os iões através da membrana.

A primeira bomba de potássio foi descrita em 1957 e valeu o Nobel da química de 1997 a Jens Christian Skou. Desde então, outras bombas e canais têm sido descritos mas o estudo destas estruturas minúsculas é tecnicamente tão difícil que os novos contributos continuam a ser de interesse das mais prestigiadas revistas científicas. Já em 2003, Roderick MacKinnon recebeu também o Nobel, desta vez por resolver a primeira estrutura dum canal de potássio.

Ricardo Pires, primeiro autor do artigo publicado, afirma que das “mais de 70 mil estruturas que existem nas bases de dados, apenas 2% são de proteínas membranares”. Se tivermos em conta que nos organismos 20-30% das proteínas são membranares, poderemos ter uma ideia da dificuldade de as estudar. Na realidade, “as proteínas que estão inseridas nas membranas possuem características que as tornam mais difíceis de caracterizar e de entender como funcionam”, adianta o investigador.

O Bacillus subtilis, organismo modelo deste estudo, apresenta um tipo de transportadores de potássio que é semelhante a alguns transportadores presentes em plantas e fungos, o que lhe valeu o interesse da equipa de investigadores do IBMC. Segundo o modelo publicado (ver imagem acima), as partes que condicionam o funcionamento do transportador KtrAB  são duas: uma coroa, que está mergulhada na membrana que rodeia a bactéria e que constitui o poro por onde passam os iões de potássio; e um anel, na face interna da membrana celular. O controlo, ou seja, a abertura e fecho do poro, é efectuado por este o anel, que muda de configuração de acordo com a presença de outras moléculas (ATP ou ADP). Desta forma, o anel permite ou estanca a entrada dos iões potássio que passam pelo poro na coroa. De salientar, contudo, que a alteração da configuração deste “anel-porteiro” não implica gastos energéticos para a célula.