• O parasita da malária está repleto de pequenos cristais que giram sem parar, um comportamento curioso que intrigou cientistas por muitos anos.
• Cientistas agora descobriram que esses cristais são impulsionados pela decomposição do peróxido de hidrogênio, uma reação semelhante àquela utilizada em motores de foguetes.
• Esse giro constante pode ajudar o parasita a sobreviver ao eliminar de forma segura o peróxido tóxico e gerenciar compostos de ferro prejudiciais.

Impacto: Essa descoberta pode abrir caminho para novos tratamentos contra a malária e inspirar avanços na tecnologia de robôs microscópicos.

Cristais em Movimento Dentro de Parasitas da Malária

Cada célula do parasita Plasmodium falciparum, responsável pela malária, contém um pequeno compartimento cheio de cristais microscópicos de ferro. Enquanto o parasita permanece vivo, esses cristais estão em constante movimento. Eles giram, saltam e colidem no espaço restrito, como moedas soltas em uma máquina, movendo-se de maneira tão rápida e imprevisível que ferramentas científicas convencionais têm dificuldade em rastreá-los. No entanto, assim que o parasita morre, o movimento cessa de imediato.

Esses cristais de ferro há muito são foco principal para o desenvolvimento de medicamentos antimaláricos, mas sua movimentação peculiar intrigou os cientistas desde que foi observada pela primeira vez. “As pessoas não comentam sobre o que não entendem, e devido ao comportamento misterioso e bizarro desses cristais, isso se tornou uma área cega para a parasitologia por décadas”, comenta Paul Sigala, PhD, professor associado de bioquímica na Spencer Fox Eccles School of Medicine (SFESOM) da Universidade de Utah.

Agora, a equipe de Sigala desvendou o mecanismo por trás desse comportamento inusitado. Os cristais são impulsionados por uma reação química que é semelhante àquela que motiva foguetes.

A descoberta pode indicar novas estratégias para o tratamento da malária e também oferecer contribuições para o design de sistemas robóticos em escala nanométrica. As conclusões foram publicadas em PNAS.

Química Semelhante a Foguetes Impulsiona o Movimento dos Cristais

Os pesquisadores descobriram que os cristais, compostos de um material ferroso chamado heme, são movimentados pela decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio. Essa reação libera energia, fornecendo a força necessária para manter os cristais em movimento.

Esse tipo de propulsão é bem conhecido na engenharia aeroespacial, onde o peróxido de hidrogênio é utilizado como combustível para lançar espaçonaves, mas não havia sido identificado anteriormente em sistemas biológicos. “Essa decomposição do peróxido de hidrogênio tem sido usada para impulsionar foguetes de grande escala”, afirma Erica Hastings, PhD, pesquisadora pós-doutoral em bioquímica na SFESOM. “Mas eu não acho que já tenha sido observada 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 fez dele um forte candidato como potencial fonte de energia. Experimentos confirmaram que o peróxido de hidrogênio isoladamente pode fazer os cristais girarem, mesmo fora do parasita.

Quando os parasitas foram cultivados em condições de baixa oxigenação, que reduzem a produção de peróxido de hidrogênio, os cristais diminuíram para cerca de metade de sua velocidade normal, apesar dos parasitas permanecerem saudáveis de outra forma.

Por que o Movimento dos Cristais Pode Ajudar os Parasitas a Sobreviver

Os pesquisadores acreditam que esse movimento constante pode desempenhar um papel crucial na sobrevivência do parasita. Uma possível explicação envolve o próprio peróxido de hidrogênio, que é altamente tóxico. Os cristais giratórios podem ajudar o parasita a degradar de forma segura o excesso de peróxido, reduzindo o risco de danos provenientes de reações químicas nocivas.

Sigala sugere outro benefício. O movimento pode evitar que os cristais grudem uns nos outros, limitando sua capacidade de armazenar mais heme. Se os cristais se aglomeram, eles perdem a área de superfície necessária para processar mais heme de maneira eficiente. Ao permanecer em movimento, o parasita pode gerenciar esse processo de forma mais eficaz.

Implicações para Novos Medicamentos e Nanotecnologia

De acordo com os pesquisadores, esses cristais em rotação representam o primeiro exemplo conhecido de uma nanopartícula metálica autopropelida na biologia. Eles suspeitam que processos similares podem existir em outras partes da natureza.

As descobertas podem auxiliar no desenvolvimento de robôs microscópicos avançados. “Partículas autopropelidas projetadas em nanoescala podem ser utilizadas para uma variedade de aplicações industriais e de entrega de medicamentos, e acreditamos que há potenciais insights que surgirão a partir desses resultados”, afirma Sigala.

Além disso, há possíveis aplicações médicas. “Acreditamos que a decomposição do peróxido de hidrogênio provavelmente contribui de forma significativa 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 eliminar os parasitas.”

Como esse mecanismo é muito diferente de tudo encontrado nas células humanas, ele se apresenta como um alvo atraente para novos tratamentos. Medicamentos concebidos para interferir com esse processo têm menor probabilidade de causar efeitos colaterais prejudiciais. “Se direcionarmos um medicamento para uma área que é muito diferente das células humanas, então provavelmente não causará efeitos colaterais extremos”, explica Hastings. “Se conseguirmos definir como esse parasita é diferente de nossos corpos, teremos acesso a novas direções para medicamentos.”

Os resultados foram publicados na PNAS como “Propulsão química do movimento de cristais de hemozoin em parasitas da malária.”

O trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (números de concessão R35GM133764, R21AI185746, R35GM14749 e T32AI055434), pelo Centro de Ferro e Doenças Heme de Utah (número de concessão U54DK110858), pela Faculdade de Engenharia 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.