Detecção e caracterização de proteínas parasporinas em Bacillus thuringiensis

A bactéria Gram-positiva Bacillus thuringiensis (Bt) é amplamente conhecida devido à sua grande importância no controle biológico, graças à sua capacidade de produzir inclusões cristalinas formadas por proteínas inseticidas (Cry e Cyt), ativas contra um amplo espectro de insetos. Uma nova atividade foi relatada para cristais sem atividade inseticida, a citotoxicidade contra células cancerosas humanas. Essas proteínas citotóxicas, chamadas de Parasporinas (PS), não são hemolíticas e são estruturalmente diferentes das proteínas Cry e Cyt. Até o momento, seis grupos de PS foram identificadas, com base na homologia das suas sequências de aminoácidos. As Parasporinas apresentam modo de ação diferente entre as famílias, assim como diferente espectro citotóxico e nível de atividade. A Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia possui uma Coleção de Bacillus spp. que conta com aproximadamente 2500 isolados. Esse trabalho teve como objetivo identificar, entre as estirpes dessa coleção, genes da família de Parasporinas através de diferentes marcadores moleculares, analisar o perfil proteico dessas estirpes, a possível produção de β-exotoxinas, avaliar sua toxicidade para linhagens de células tumorais, analisar a influência dessas proteínas no padrão de migração celular de linhagens de câncer e as possíveis alterações morfológicas causadas pelas toxinas Parasporinas nas células tumorais suscetíveis. Duzentos e sessenta e nove estirpes foram selecionadas aleatoriamente do banco de bactérias e triadas com os iniciadores específicos desenhados para identificação dos diferentes genes de Parasporina. Trinta e cinco estirpes apresentaram padrões de amplificação para esses genes, dentre estes, 30 isolados obtiveram amplificações para o gene parasporina 1, enquanto 5 isolados para o gene parasporina 3. O perfil proteico sugere que as proteínas secretadas por algumas estirpes possuem o tamanho esperado para o grupo de Parasporina (aproximadamente 81 e 88 kDa para as famílias 1 e 3, respectivamente). Nenhuma das estirpes positivas por PCR apresentou produção de β-exotoxinas. As proteínas das estirpes testadas não mostraram toxicidade contra as linhagens tumorais DU-145 e HeLa. A proteína PS1 da estirpe S1338 mostrou toxicidade específica a células tumorais de mama MCF-7, alterando sua morfologia após 24 horas do tratamento com a toxina ativa, sugerindo que o tipo de morte celular envolvendo a Parasporina 1 seja por apoptose. Nenhuma alteração significativa no padrão de migração das células MCF-7 pode ser observada após o tratamento com a toxina. Desta forma, nossos dados sugerem que a Parasporina 1 produzida pela estirpe S1338 possui características únicas e especificidade contra a linhagem MCF-7 de adenocarcinoma de mama. Estudos mais aprofundados sobre o mecanismo de ação desta toxina, bem como sobre o possível receptor nas células suscetíveis, poderão tornar viável a utilização das Parasporinas como terapia alternativa para o tratamento de câncer, ou até mesmo como ferramenta molecular para o diagnóstico dessa doença. _____________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Gram-positive bacteria Bacillus thuringiensis (Bt) is widely known for its importance on biological control, due to their hability to produce crystalline inclusions formed by insecticide proteins (Cry e Cyt), active against a broad range of insects. A new activity was reported for crystals without insecticide activity, the cytotoxic against human cancer cells. These cytotoxic proteins are known as Parasporins (PS), are not hemolytic and have different structure from the Cry and Cyt proteins. So far, six classes of PS were identified, based on the homology of their aminoacids sequences. The Parasporins have different mode of action among theirs families, as well as different cytotoxic range and level of activity. The Embrapa Genetic Resources and Biotechnology has a collection of Bacillus spp. with approximately 2500 isolates. This work aims to identify, among the strains of this collection, genes of Parasporin families through different molecular markers, analyse the protein profile of strains, the possible production of β-exotoxins, evaluate its toxicity to tumor cells line and the possible morphological changes caused by the toxins Parasporins in susceptible tumor cells. Two hundred and sixty-nine strains were selected randomly on the bacteria bank, and were screened with specific primers to identify the different Parasporin genes. Thirty-five strains showed amplification patterns, of which, 30 isolates showed amplification to the parasporin 1 gene, and other 5 isolates to parasporin 3 gene. The protein profile suggested that the secreted proteins by some strains has the expected size to the group of Parasporin (approximately 81 and 88 kDa for the family 1 and 3, respectively). None of the positive strains identified by PCR showed β-exotoxins production. The protein of the tested strains didn’t show toxicity against tumor lines DU-145 and HeLa. The protein PS1 from the strain S1338 showed specific toxicity against breast cancer cells MCF-7, changing their morphology after 24 hours of treatment with active toxin, suggesting that the type of cell death involving Parasporina 1 is through apoptosis. No significant alteration in the patterns of MCF-7 cell migration could be observed after treatment with the toxin. Therefore, our data suggest that Parasporin 1 from S1338 strain has unique characteristics and specificity against MCF-7 cell line of breast adenocarcinoma. Further studies on the mode of action involving this toxin, and the possible receptor of susceptible cells, can make the use of Parasporin feasible as an alternative therapy in cancer treatment, or even as a molecular tool for the diagnosis of the disease