A evolução da resistência quando as infecções fazem bem (e mal).


O mundo microbiano é extremamente promíscuo, sendo frequentes as trocas de material genético entre bactérias e outros elementos como plasmídeos conjuntivos, elementos transponíveis, e bacteriófagos (vírus que apenas infectam bactérias) .

Muitas vezes, esta troca genética produz benefícios para a célula bacteriana. Por exemplo, muitos plasmídeos são portadores de genes que permitem as bactérias resistirem a antibióticos, ou infectar e colonizar hospedeiros (incluindo humanos).

No entanto, a aquisição de um parasita genético poderá também acarretar custos. As células bacterianas portadoras de plasmídeos crescem mais devagar, o que as tornam menos competitivas em relação a células sem plasmídeos. Estes custos poderão ser ainda mais pesados ​​no caso de infecção por bacteriófagos, que acabarão por matar a célula hospedeira.

A troca de material genético é comum entre bactérias e virus, plasmideos e outros elementos genéticos.

A troca de material genético é comum entre bactérias e virus, plasmideos e outros elementos genéticos.

Perante estes custos, por vezes consideráveis, não é portanto surpreendente que as bactérias tenham evoluído mecanismos de resistência contra a troca de material genético nas suas formas variadas.

 Porem, isto levanta uma questão: se por vezes as trocas de material genético são benéficas e outras vezes deletérias, como evoluíram os mecanismos de resistência que destroem ambos os tipos de elemento genético?

 Quando os elementos genéticos são deletérios, existe uma pressão evolutiva forte para manter os mecanismos que protegem a célula bacteriana. Mas quando os efeitos são positivos, ou até mesmo variáveis no tempo, como terá evoluído a resistência à troca de material genético?

 Num artigo recentemente publicado no Journal of Evolutionary Biology, Sylvain Gandon (CNRS-Montpellier, França) e Pedro Vale (University of Edinburgh, Reino Unido) investigaram esta pergunta. Usando um modelo matemático o seu trabalho investigou a evolução da resistência em diferentes cenários de custo / benefício para o hospedeiro.

 Os resultados do trabalho mostram que a frequência com que as células bacterianas são co-infectadas por elementos benéficos e deletérios em simultâneo é particularmente importante para o nível de resistência do hospedeiro.

Quando todas as trocas de material genetico são deletérias, a resistência deverá evoluir para ser elevada, como esperado. Porem, desde que exista uma possível troca com um elemento benéfico, mesmo que raro, o modelo mostra que a resistência devera´ evoluir para níveis mais baixos.

Isto porque a possibilidade de adquirir um benefício tem um peso maior para a competitividade da célula bacteriana, do que o risco de sofrer um custo elevado vindo de um elemento deletério. Portanto, um pouco de resistência é bom, desde que não impeça a célula de adquirir uma potencial vantagem.

O artigo descreve ainda exemplos para além do mundo microbiano, citando a evolução dos sistemas imunológicos em invertebrados e vertebrados, que poderão ter sido também moldados por uma história de infecção por parasitas deletérios e simbiontes mutualistas.

Este trabalho foi desenvolvido por:

Sylvain Gandon (CEFE-CNRS, Montpellier, France)

Pedro F. Vale (CIIE, University of Edinburgh, UK)

Este trabalho foi financiado por:

European Research Council (ERC)

Para mais informações:

Gandon S, Vale PF. (2013) The evolution of resistance against good and bad infections. Journal of Evolutionary Biology. DOI: 10.1111/jeb.12291

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3 responses to “A evolução da resistência quando as infecções fazem bem (e mal).

  1. Artigo fixe. Vou só acrescentar que um plasmídeo é uma pequena molécula de DNA que, devido aos genes que codifica, tem a capacidade de se replicar independentemente dentro da bactéria. Alguns plasmídeos têm a capacidade de iniciar o processo de conjugação, que é o processo pelo qual as bactérias (muitas vezes de espécies diferentes) trocam DNA. Esta capacidade torna o plasmideo “egoista”, uma vez que a sua replicação implica um custo energético para a bactéria. Esse custo pode ser medido comparando o crescimento de populações bactérias com e sem o plasmídeo.

    Uma pergunta, plasmídeos que tenham um efeito negativo (deletério) sobre a capacidade de reprodução (a fitness) da bactéria hospedeiro podem manter-se na população se existirem plasmídeos com efeito positivo. Isto quer dizer que estes plasmídeos negativos são mantidos na população à boleia (num processo semelhante ao hitchhiking de genes deletérios?

    Abraço

  2. Obrigado João.

    Neste traballho não investigamos especificamente a evolução da população de parasitas. O modelo assume que existe uma diversidade enorme de elementos geneticos que é sempre mantida. Creio que mesmo que o contexto ecológico selecione niveis baixos de resistencia contra plasmideos (mantendo os plasmideos na populacao), um plasmideo que oferece uma vanatagem ao seu hospedeiro vai sempre aumentar em frequencia mais depressa que um outro que causa um efeito deleterio. Isto assumindo uma infeccao simples com apenas um dos tipos de plamideo de cada vez. No caso de uma co-infeccao por ambos os tipos, nao sei, a pergunta é interessante. Certamente que irá depender do efeito combinado (da epistasia) dos dois elementos que poderá variar muito consoante os casos. Conheces algum estudo experimental que tenha co-infectado bacterias com plasmideos “bons” e “maus”?

    Abraço
    Pedro

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