As bactérias podem produzir testosterona. O que é que isso poderá significar para o cancro da próstata?

Esta descoberta não significa que a bactéria cause cancro da próstata, nem demonstra que a testosterona produzida pelas bactérias chegue aos tumores ou altere o curso da doença. No entanto, revela uma via microbiana até então desconhecida para a produção de uma hormona que é fundamental para a biologia da próstata, levantando novas questões sobre se os microrganismos que vivem perto da próstata poderão ajudar a moldar o seu ambiente químico.

Publicado na revista *Nature Communications*, o estudo reuniu especialistas em microbiologia, biologia do cancro, química, genómica e física computacional. Investigadores do Departamento de Física da Universidade de Auburn contribuíram com conhecimentos de biologia estrutural computacional que ajudaram a explicar, ao nível atómico, como funciona o mecanismo bacteriano recém-descoberto.

«Não estamos a dizer que estas bactérias causam cancro», afirmou Rafael Bernardi, professor associado do Departamento de Física da Universidade de Auburn e coautor do estudo. «O que sabemos agora é que elas possuem o mecanismo molecular para produzir testosterona. Como o cancro da próstata está tão intimamente ligado à sinalização androgénica, isso é algo que vale a pena compreender.»

Uma capacidade inesperada no microbioma urinário

Durante décadas, partia-se do princípio de que a urina era estéril, e o trato urinário não foi incluído no Projeto Microbioma Humano original. Os cientistas sabem agora que este contém a sua própria comunidade de microrganismos, frequentemente designada por microbioma urinário ou urobioma. Grande parte da investigação neste campo ainda recente tem-se centrado em determinar quais os microrganismos presentes e se essas comunidades diferem entre pessoas saudáveis e pessoas com doença. O novo estudo colocou uma questão mais complexa: o que é que esses microrganismos estão, na verdade, a fazer?

A equipa de investigação examinou bactérias isoladas de amostras de urina recolhidas de homens antes de uma biópsia da próstata. Para encontrar organismos capazes de transformar esteróides, os investigadores desenvolveram um método de rastreio rápido denominado «Human Sterolbiome Discovery High-throughput assay», ou ensaio HSDH. Entre os organismos que identificaram encontrava-se a Actinobaculum massiliense. Quando alimentada com DHEA, a bactéria produziu moléculas de esteróides intermédias e, por fim, testosterona.

A DHEA, ou desidroepiandrosterona, é um esteróide produzido naturalmente pelo corpo humano. Os tecidos humanos podem utilizá-la como matéria-prima para produzir hormonas mais potentes, incluindo a testosterona. O novo trabalho demonstra que uma bactéria que vive no trato urinário pode realizar reações químicas semelhantes utilizando as suas próprias enzimas.

«O microbioma urinário tem sido frequentemente estudado com o objetivo de identificar quais os organismos que o compõem», afirmou Jason M. Ridlon, que idealizou e supervisionou o estudo. «Queríamos compreender do que esses organismos são capazes. A descoberta desta via de produção de androgénios proporciona-nos genes e enzimas específicos que podem agora ser investigados no contexto da saúde e das doenças do trato urinário.»

Após confirmarem a capacidade da bactéria de produzir testosterona, os investigadores procuraram no seu genoma os genes responsáveis. Identificaram dois candidatos, aos quais deram os nomes de dirA e dirB, por estarem relacionados com a DHEA isomerase redutase. Experiências laboratoriais revelaram que a DirA era invulgarmente versátil, realizando várias transformações diferentes de esteróides e permitindo que a bactéria produzisse testosterona por mais do que uma via. A DirB só conseguia realizar parte desse processo químico.

Essa diferença constituía um enigma. As duas enzimas pareciam, em termos gerais, semelhantes e continham muitos dos mesmos componentes químicos; no entanto, uma comportava-se como uma máquina multifuncional de processamento de esteróides, enquanto a outra tinha capacidades muito mais limitadas. Resolver esse enigma exigiu olhar para além dos genes e observar o movimento das moléculas.

Observar a química em ação

Em Auburn, o grupo de Bernardi gerou modelos tridimensionais da DirA e da DirB e utilizou simulações moleculares para acompanhar o que acontecia quando as moléculas de esteróides entravam em cada enzima. Em vez de tratarem as proteínas como estruturas estáticas, os investigadores criaram vídeos átomo a átomo que mostravam as enzimas a flexionar-se, os esteróides a rodar e as moléculas circundantes a deslocarem-se ao longo do tempo.

Esse movimento é essencial para compreender como as enzimas funcionam. Uma molécula não reage simplesmente porque cabe no interior de uma proteína. A parte correta da molécula também tem de estar voltada para a parte correta da enzima, à distância e ângulo certos. Um esteróide pode permanecer firmemente ligado no interior de uma enzima e, mesmo assim, ser quimicamente inútil se estiver virado na direção errada.

As simulações da Universidade de Auburn revelaram que a DirA possui uma cavidade ampla e aberta que dá ao esteróide espaço para se mover e reposicionar-se. Esta flexibilidade permite que diferentes partes do esteróide se aproximem do mecanismo catalítico da enzima durante diferentes fases da via metabólica da DHEA à testosterona. A DirB, em contrapartida, possui um túnel interno muito mais estreito. O esteróide pode entrar e permanecer no interior, mas o espaço restrito faz com que, frequentemente, fique virado ao contrário ou desalinhado, com a parte que precisa de reagir virada na direção oposta ao mecanismo catalítico.

«A esta escala, a química depende da coreografia», afirmou Bernardi. «O esteróide tem de estar no lugar certo, virado na direção certa, no momento certo. Uma enzima dá-lhe espaço para o fazer. A outra, não.»

Essa diferença relativamente simples na arquitetura molecular explicou os resultados experimentais. A DirA conseguia suportar uma ampla gama de reações porque o esteróide tinha espaço suficiente para rodar e apresentar diferentes partes de si próprio à enzima. A DirB só conseguia realizar as reações compatíveis com a sua cavidade mais confinada.

Raissa Rosa, doutoranda do grupo de Bernardi, realizou os estudos computacionais e desenvolveu os modelos catalíticos em colaboração com Bernardi. Os investigadores de Auburn combinaram a modelação de proteínas baseada em IA com simulações átomo a átomo, utilizando software que o grupo de Bernardi ajudou a desenvolver.

«Uma estrutura estática pode mostrar-nos que uma molécula se encaixa no interior de uma proteína», afirmou Rosa. «As simulações indicam-nos se a molécula consegue atingir a orientação precisa necessária para a reação e se essa disposição se mantém estável. Neste caso, esses movimentos ajudaram a explicar por que razão as duas enzimas se comportam de forma tão diferente.»

Uma nova questão para a investigação do cancro da próstata

A testosterona e outros androgénios são essenciais para o desenvolvimento e funcionamento normais da próstata, mas também podem promover o crescimento de muitos cancros da próstata ao ativarem o recetor de androgénios. Por essa razão, as terapias para o cancro da próstata em fase avançada visam frequentemente suprimir a produção de androgénios ou bloquear a sinalização androgénica.

A descoberta de que uma bactéria urinária pode produzir testosterona levanta uma nova questão: poderá o metabolismo microbiano contribuir para o ambiente androgénico próximo da próstata? O presente estudo não responde a essa questão. Demonstra apenas que a bactéria possui a capacidade bioquímica de produzir testosterona em condições laboratoriais. Os investigadores ainda precisam de determinar se essa via está ativa no interior do corpo humano, quanta androgénica a bactéria poderia produzir nesse contexto, se essas moléculas atingem os tecidos adjacentes e se têm algum efeito mensurável na biologia da próstata.

Ainda assim, a descoberta fornece aos cientistas genes e enzimas específicos para investigar. Os investigadores podem agora pesquisar conjuntos de dados do microbioma urinário em busca de dirA e dirB, determinar a sua prevalência e examinar se a sua presença está associada a diferenças nos hormônios urinários, nas condições da próstata ou nas respostas ao tratamento.

«O próximo passo é passar da capacidade molecular para a relevância fisiológica», afirmou Bernardi. «Compreendemos agora como as enzimas bacterianas conseguem realizar essa reação química. A questão mais ampla é se essa reação química tem um efeito significativo no ambiente complexo do corpo humano.»

Este trabalho pode também ter implicações para além da investigação sobre a próstata. Os esteróides encontrados na urina são medidos na investigação médica e no diagnóstico, bem como em testes para detetar substâncias que melhoram o desempenho. Se os microrganismos conseguirem transformar esses compostos no tracto urinário, o metabolismo microbiano poderá eventualmente tornar-se mais um fator que os cientistas terão de considerar ao interpretar os perfis de esteróides urinários.

O estudo reuniu amostras derivadas de doentes, cultura bacteriana, sequenciação genómica, química analítica, bioquímica de proteínas e biofísica computacional. O trabalho experimental demonstrou que a bactéria era capaz de produzir testosterona e identificou os genes envolvidos. O trabalho computacional revelou, em seguida, por que razão as enzimas codificadas por esses genes apresentavam capacidades diferentes.

«Nenhuma técnica isolada teria conseguido fornecer o quadro completo», afirmou Bernardi. «As experiências estabeleceram a via biológica, enquanto as simulações revelaram a base física das atividades enzimáticas. Em conjunto, permitiram-nos passar da observação da produção de testosterona para a compreensão de como isso acontece.»

O estudo reuniu investigadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, da Universidade de Auburn, da Universidade da Virgínia Commonwealth e do Hospital da Fundação Carle. Bernardi liderou a contribuição da Universidade de Auburn na área da biologia estrutural computacional, enquanto Rosa realizou os estudos computacionais e desenvolveu os modelos catalíticos. Bernardi lidera o Grupo de Biofísica Computacional da Universidade de Auburn, e ambos os investigadores estão ligados ao Departamento de Física e ao Departamento de Química e Bioquímica da universidade.