Pequisadores brasileiros sequenciam genoma de Leishmania amazonensisBrazilian researchers sequence the Leishmania amazonensis genome

Pesquisa, que durou quatro anos, pode ajudar a desvendar mecanismos pelos quais alguns microrganismos escapam da resposta imune do hospedeiro

“A pesquisa mais abre portas para uma série de entendimentos que soluciona questões. Entretanto, tem importantes impactos dos pontos de vista médico e biológico”, destaca a Dra. Diana Bahia, professora do Departamento de Biologia Geral da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e coordenadora do grupo de 16 pesquisadores brasileiros que desenvolveram oestudo de sequenciamento do genoma do parasita Leishmania amazonensis. A pesquisa, que durou quatro anos, pode ajudar a desvendar mecanismos pelos quais alguns microrganismos escapam da resposta imune do hospedeiro.

Com alta prevalência na América Latina e em especial na Região Amazônica do Brasil, a Leishmania amazonensis tem traços comuns com a Leishmania mexicana. “A L. amazonensis está envolvida em manifestações cutâneas que abrangem formas simples (nódulo ou lesão simples), difusas (vários nódulos na região infectada) e disseminadas (vários nódulos espalhados por outras regiões do corpo, ou Disseminated Cutaneous Leishmaniasis – DCL). Diferente da L. mexicana, ela tem maior envolvimento em uma forma mais grave e de difícil tratamento dessas manifestações cutâneas disseminadas, chamadaBorderline Disseminated Cutaneous Leishmaniasis (BDCL)”, assinala a pesquisadora ao apontar que além desta, a forma anérgica difusa (Anergic Diffuse Cutaneous Leishmaniasis – ADCL) leva a sérias lesões muito desfigurantes no indivíduo que se assemelham à lepra e é praticamente impossível de ser curada. Ela realça que, segundo o Dr. Fernando Silveira, do Instituto Evandro Chagas, crianças abaixo de 5 anos são as que oferecem maior risco de desenvolverem a forma anérgica difusa quando infectadas com L. amazonensis.

Identificando o genoma

De acordo com a Dra. Diana Bahia, o material foi sequenciado automaticamente nos Estados Unidos usando máquinas de nova geração. “O genoma foi montado e anotado funcionalmente no Brasil e os dados foram analisados por meio de ferramentas de bioinformática. Começamos este estudo motivados pelo fato de L. amazonenses residir em um vacúolo muito espaçoso dentro dos macrófagos – células de defesa do hospedeiro mamífero – ao contrário de L. major e L. braziliensis, que residem em vacúolos menores, justapostos ao corpo do parasita”, explica a pesquisadora ao destacar que o vacúolo criado pelo parasita, uma vez em sua forma intracelular (amastigota), parece ser um mecanismo elaborado que é usado para sua multiplicação e proteção contra o ataque do sistema imune do hospedeiro.

A coordenadora observa que este vacúolo largo é uma característica ainda muito pouco estudada e, até o momento, foi descrita apenas em espécies do complexo mexicana. “Acreditamos que o estudo do genoma iria nos prover de informações acerca de proteínas expostas ou secretadas pelo parasita, principalmente na forma amastigota, que auxiliassem na biogênese deste vacúolo e, desta forma, poderíamos entender o possível mecanismo biológico por trás de sua sobrevivência dentro do macrófago e, consequentemente, encontrar meios de neutralizar seu ciclo intracelular”, detalha. Mas, esses parasitas são adaptados para viver silenciosamente no hospedeiro, até que alguma deficiência do sistema imune permita que ele saia de sua forma latente e desenvolva as lesões no hospedeiro. Dra. Diana assinala que umas espécies parecem mais adaptadas que outras (mais agressivas) a viver silenciosamente em determinados hospedeiros – fenômeno pouco estudado e pouco conhecido.

Segundo dados da Organização Munidal da Saúde (OMS), boa parte dos mamíferos reservatórios e de humanos infectados para L. amazonensis não apresentam lesões. Assim, acredita-se que ela seja uma das espécies que evoluíram de modo a adquirir vantagens em uma vida intracelular e a se adaptar a viver silenciosamente no hospedeiro.

Benefícios

Apesar de não ser o primeiro genoma de Leishmania desvendado, do ponto de vista médico, o sequenciamento genômico possibilita a identificação de genes importantes para o estabelecimento do parasita e para sua disseminação pelo organismo. Para a pesquisadora, alguns produtos desses genes preditos podem ser potenciais alvos de vacinação (profilática ou terapêutica) ou para desenho de drogas inibidoras da continuidade da doença. Já do ponto de vista biológico, pode desvelar fatores interessantes para a biogênese do vacúolo largo, no qual esses parasitas vivem; para a investigação do estado de latência que eles provavelmente atingem em infecções crônicas; e para a investigação do tropismo do parasita do sítio da picada do inseto até outras regiões na doença disseminada.

Novos caminhos

O genoma de um organismo provê indicações de que genes estariam relacionados com problemas científicos e médicos na investigação desses parasitas e, segundo a pesquisadora, é preciso tomar toda a informação decorrente do sequenciamento e, pontualmente, investigar a participação efetiva dos genes preditos na manifestação clínica da doença, por exemplo, ou na formação do vacúolo parasitóforo, para aqueles mais interessados na pesquisa básica.

“Com o genoma apresentamos várias possibilidades para a investigação da biologia dessa espécie, L. amazonensis, que pode ser feita, inclusive, em comparação com os de outras espécies de Leishmania – que vem sendo apresentados desde 2005. A apresentação do genoma deve ser o início e não o fim de uma série de experimentações para se checar a relevância médica e biológica dos genes preditos.”, destaca ao adiantar que um dos próximos passos, após o sequenciamento de L. amazonensis, é, a partir do isolamento dos largos vacúolos parasitóforos formados por essa espécie, mapear os componentes do hospedeiro e do parasita que compõe essa estrutura.

Dra Diana complementa que isso será feito por proteômica e as sequências genômicas de L. amazonensis e de Mus musculus – camundongos de onde as células hospedeiras serão extraídas – serão os bancos de dados nos quais a identificação das proteínas estarão ancorada. Além disso, agora é viável a identificação de proteínas do parasita que participam da sinalização celular, ou seja, fosforilam e ativam substratos, numa cascata de transdução de sinal. Estas proteínas têm sido amplamente estudadas como alvo de drogas para doenças proliferativas, tais como o câncer. “Acreditamos que a interferência em algumas destas vias de sinalização, por meio de desenho de drogas específicas, poderá ser um futuro promissor para o controle da manifestação da doença causada pelo parasita”, comemora ao lembrar que o genoma de L. amazonensis fica disponível para toda a comunidade científica, assim espera que este estudo possa viabilizar ou auxiliar a pesquisa de outros grupos.

A 4-year research could help unveil the mechanisms through which some microorganisms escape the host’s immune response

“The research opens opportunities for several understandings that solves questions. However, has important impacts from the medical and biological points of view”, highlights Dr. Diana Bahia, professor at the General Biology Department at the Federal university of Minas Gerais (UFMG) and coordinator of the 16 researchers group that developed the study for genome sequencing of the Leishmania amazonensis parasite. The 4-year research can help to clarify the mechanisms by which some microorganisms fail the host’s immune response.

Highly prevalent in Latin America and especially in Brazil’s Amazon, Leishmania amazonensis has common features withLeishmania mexiana. “L. amazonensis is involved with cutaneous manifestations since simple forms (nodules or simple lesions), diffuse (several nodules in the infected region) and disseminated (several nodules throughout the body, or Disseminated Cutaneous Leishmaniasis – DCL). Differently from L. mexicana, it has greater involvement in a severer form and harder to treat these disseminated cutaneous manifestations, called Borderline Disseminated Cutaneous Leishmaniasis (BDCL)”, signs the researcher while pointing that besides this, the diffuse anergic form (Anergic Diffuse Cutaneous Leishmaniasis – ADCL) leads to very disfiguring lesions in the individual, similar to Hansen’s disease and almost impossible to be cured. She highlights that according to Dr. Fernando Silveira, from the Evandro Chagas Insititute, children below 5 years are those in greater risk to develop the anergic diffuse form when infected by L. amazonensis.

Identifying the genome

According to Dr. Diana Bahia, the material was automatically sequenced in the USA using new generation machinery. “The genome was mounted and functionally annotated in Brazil and the data was analyzed using bioinformatics tools. We started this study motivated by the fact that L. amazonensis resides in a very spacious vacuole inside the macrophage – mammal  host defense cells – while the L. major and L. braziliensis reside in smaller vacuoles, juxtaposed to the parasite’s body”, explains the researcher while highlighting the vacuole created by the parasite, once in its intracellular form (amastigote), seems to be an elaborate mechanism used for its multiplication and protection against the host’s immune system’s attack.

The coordinator observes that this large vacuole is a poorly studied feature and, until the moment, was only described in species from the Mexican complex. “We believe the genome study could provide information about proteins exposed or secreted by the parasite, especially in the amastigote form, that helped this vacuole biogenesis and, this way, we could understand the possible biological mechanisms that explain its survival inside the macrophage and, consequently, find ways to neutralist its intracellular cycle”, details. However, these parasites are adapted to live silently in the host, until some deficiency in the immune system allows it to leave its latent form and develop lesions in the host. Dr. Diana sings that some species seem more adapted than others (more aggressive) to live silently in some hosts – little studied and known phenomenon.

According to data from the World Health Organization (WHO), a large number of reservoir mammals and infected humans for L. amazonensisdo not develop lesions. This way, it is thought that this is one of the species that evolved to obtain advantages in an intracellular life and adapted to live silently in the host.

Benefits

Despite not being the first unveiled Leishmania genome, from the medical point of view, the genomic sequencing allows the identification of genes important for the parasite’s establishment and dissemination through the organism. For the researcher, some products of these foretold genes are potential targets for vaccination (prophylactic or therapeutical) or for the development drugs capable of inhibiting the disease’s continuity. From the biological point of view, it can reveal interesting factors for the biogenesis of the large vacuole, where the parasites live; for the investigation of the latent state, in which they probably develop chronic infections; and for the investigation of the parasite’s tropism from the bite site to other regions of the disseminated disease.

New paths

An organism’s genome provides indications of which genes may be related to scientific and medical problems in these parasites’s investigation and, according to the researcher, every information from the sequence must be taken and, punctually, investigate the effective role of the foretold genes in the disease’s clinical manifestation or the formation of the parasitophorous vacuole, for those more interested in basic research.

“With the genome we have presented several possibilities for biological investigation of this species, L. amazonensis, that can be done, inclusive, in comparison to other Leishmania species – what has been presented since 2005. The genome presentation should be the beginning and not the end of a series of experiments to measure the medical and biological relevance of the foretold genes”, highlights while forwarding that one of the next steps, after sequencing the L. amazonensis, is to, from the isolation of the large parasitophorous vacuoles formed by this species, map the hosts’ and the parasite’s components that form this structure.

Dr. Diana adds that this will be achieved through proteomics and the genomic sequences of L. amazonensis and Mus musculus – mice from which the host cells will be extracted – will be the data banks in which the protein identifications will be anchored. Besides, it is viable to identify the parasite’s proteins that participate in cellular signaling, this is, phosphorylate and activate the substrate, in a signal transduction signal. These proteins have been widely studied as targets of drugs against proliferative diseases, such as cancer. “We believe that interfering in some of these signaling pathways, through the design of specific drugs, can be a promising future to controle the manifestation of the disease caused by the parasite”, celebrates while remembering the L. amazonensis genome is available to all the scientific community, allowing this study to encourage or help other groups’ researches.…