A microbiota intestinal influencia funções digestivas, imunes e neurais por meio de moléculas microbianas. As fímbrias curli, formadas pela proteína curlina, estão associadas à neuroinflamação e à agregação de proteínas amiloides humanas. Contudo, os mecanismos moleculares que conectam curli e comunicação intestino-cérebro permanecem pouco esclarecidos. Assim, este estudo investigou possíveis interações entre curlina e proteínas hospedeiras humanas, fibronectina e integrina β1, por meio de análises de docking molecular e predição de cavidades.
Autores: Ana Clara da Silva Teixeira Santos, João Alfredo Teodoro, David Aciole Barbosa, Pedro Henrique Yanaze Brolacci, Ana Vitória Santos Souza, Marcelo Palma Sircili
Introdução
A microbiota intestinal influencia muito mais do que a digestão e o sistema imunológico. Hoje sabemos que ela também afeta o funcionamento do sistema nervoso, devido aos microrganismos que vivem no intestino e produzem moléculas capazes de interagir com diferentes vias [1]. Entre essas moléculas estão as curli, proteínas do tipo amilóide produzidas pela bactéria Escherichia coli, que têm chamado atenção por agravarem processos de neuroinflamação. Elas aumentam a produção de substâncias inflamatórias e ainda estimulam a agregação de proteínas humanas associadas a doenças neurodegenerativas, como a amiloide-β, ligada ao Alzheimer, e a α-sinucleína, relacionada ao Parkinson, em um mecanismo conhecido como cross-seeding [2].
As curli também ajudam a bactéria a se fixar no organismo e a formar biofilmes, que são comunidades organizadas de bactérias envoltas por uma matriz protetora. Esses biofilmes permitem que as bactérias sobrevivam por mais tempo e resistam melhor a condições adversas. Nos biofilmes de E. coli, a maior parte dessa matriz extracelular, cerca de 85%, é formada justamente pelas curli, que dão estrutura e resistência a essas comunidades. Essas proteínas amiloides bacterianas se parecem muito com proteínas amiloides humanas envolvidas na doença de Alzheimer, sendo reconhecidas pelo sistema imunológico tanto os amiloides bacterianos quanto os humanos pelos mesmos receptores, o que significa que as curli podem ativar respostas inflamatórias no organismo e contribuir ainda mais para processos ligados a doenças neurodegenerativas [3,4].
Mesmo com essas descobertas, ainda há muito a ser entendido. Embora existam evidências crescentes de que as curli participam da comunicação entre o intestino e o cérebro, os mecanismos moleculares que explicam essa ligação ainda não estão totalmente esclarecidos [5] Para avançar nessa investigação, uma das ferramentas que pode ajudar a desvendar como as curli interagem com proteínas humanas é o docking molecular. Essa técnica funciona como uma simulação computacional que aproxima duas moléculas, como uma proteína bacteriana e uma proteína humana, e prevê como elas poderiam interagir. O objetivo é identificar se existe afinidade entre elas, onde esse contato ocorreria e quais aminoácidos participariam da interação.
Com isso, podemos levantar hipóteses sobre quais interações são mais prováveis de acontecer no organismo e quais delas poderiam influenciar a comunicação entre intestino e cérebro. O docking permite explorar possíveis modos de interação entre proteínas bacterianas e humanas, contribuindo para a formulação de novos questionamentos e para o entendimento dos mecanismos envolvidos nessa comunicação.
Resultados e discussões
Identificamos possíveis interações entre as curli e duas proteínas do hospedeiro: fibronectina e integrina β1. A fibronectina é uma proteína abundante na matriz extracelular e ajuda a organizar os tecidos, permitindo que as células se fixem e mantenham sua estrutura. A integrina β1 é um dos principais receptores da fibronectina na superfície das células e participa de processos importantes, como adesão, migração e ativação de sinais celulares. Escolhemos essas proteínas porque, se as curli conseguirem se ligar a componentes centrais da adesão celular, isso pode ajudar a explicar como bactérias colonizam tecidos e como esse processo pode influenciar a comunicação entre intestino e sistema nervoso.
Para explorar essa hipótese, usamos docking molecular com o software HADDOCK 2.4 [6]. Esse programa combina informações obtidas em experimentos laboratoriais, como regiões de ligação já conhecidas, com previsões computacionais sobre quais partes da proteína têm maior chance de interagir, simulando de forma provável como duas moléculas podem se conectar. Também aplicamos o Fpocket [7], uma ferramenta que identifica cavidades na superfície das proteínas (pontos onde outra molécula poderia se ligar).
As estruturas tridimensionais foram obtidas no Protein Data Bank (PDB) [8], um banco público de modelos de proteínas. Selecionamos a fibrila de curlina de E. coli (CsgA), um fragmento de fibronectina humana e a integrina β1. Todas as proteínas foram verificadas quanto à integridade estrutural e, no caso da curlina, o arquivo foi limpo no PyMOL [9] para remover moléculas extras, como água e ligantes, mantendo apenas os aminoácidos de interesse. Essa limpeza é importante porque elementos adicionais poderiam interferir na simulação, garantindo resultados mais claros e confiáveis.
A análise com o Fpocket identificou duas cavidades potenciais na superfície da curlina, chamadas de Pocket 1 e Pocket 2, com pontuações de 0,373 e 0,332, respectivamente. Essas cavidades são regiões da proteína onde outra molécula, como a fibronectina ou a integrina β1, poderia se ligar. Ambas apresentaram acessibilidade moderada, o que indica que essas áreas estão parcialmente expostas e podem servir como pontos de contato para interações moleculares, como ilustrado na Figura 1.
Figura 1. Estrutura da Curlina prevista pelo FPocket. A) Estrutura da Curlina obtida por modelagem estrutural. B) Pocket 1 identificado. C) Pocket 2 identificado.
Nos estudos de docking molecular, observamos que as curli apresentam regiões na superfície que podem interagir tanto com a fibronectina quanto com a integrina β1. Para o complexo curlina × fibronectina, os resultados indicaram uma interação relativamente estável e bem definida, já para o complexo curlina × integrina β1, a ligação prevista também foi plausível, embora ligeiramente mais flexível. Esses resultados sugerem que as curli não apenas se aproximam das proteínas do hospedeiro, mas podem se conectar de maneira relativamente estável. A interação com a fibronectina indica que as curli podem aderir de forma consistente à matriz extracelular, potencialmente auxiliando a bactéria na fixação aos tecidos. Da mesma forma, a ligação com a integrina β1 sugere que as curli podem se ligar a receptores celulares, possivelmente modulando sinais importantes de adesão e comunicação entre células.
Figura 2. Representação dos complexos obtidos por docking molecular. A: Interação entre a curlina e a fibronectina. B: Interação entre a curlina e a integrina β1.
Embora o Fpocket tenha identificado regiões da proteína que poderiam servir como pontos de ligação (“pockets”), as interações previstas pelo HADDOCK não ocorreram exatamente nesses locais. Ou seja, o Fpocket procura cavidades que seriam ideais para se ligar a pequenas moléculas, como drogas, que são chamadas de sítios com potencial de drogabilidade. Já o HADDOCK busca as regiões da proteína onde a ligação entre moléculas é energeticamente mais favorável, independentemente de essas regiões serem cavidades óbvias ou locais que poderiam se ligar a drogas. Por isso, uma ferramenta indica pontos de interesse para pequenas moléculas, enquanto a outra foca na probabilidade de interação estável entre proteínas, mesmo que não coincidam com esses pockets.
Também utilizamos outra ferramenta computacional chamada FTMap [10], que ajuda a identificar regiões da proteína que funcionam como pontos de atração para pequenas moléculas. Esses pontos indicam áreas da superfície da proteína que são naturalmente mais propensas a estabelecer contatos químicos.
A análise revelou algumas regiões na curlina com essa característica, próximas às cavidades identificadas por outras ferramentas de modelagem. Para localizar esses pontos, o programa aproxima diferentes tipos de pequenas moléculas simples, que atuam como marcadores químicos. Quando esses marcadores se acumulam em determinadas áreas, isso mostra que a proteína tem afinidade por certos grupos orgânicos e sugere que essas regiões podem participar de interações importantes no ambiente biológico.
Figura 3. Representação dos hotspots prevista pelo FTmap para Curlina. A: Frente. B: Verso.
Conclusão
Os resultados obtidos sugerem que a curlina apresenta afinidade por componentes centrais da adesão celular, como fibronectina e integrina β1, o que ajuda a esclarecer como proteínas bacterianas podem modular processos do hospedeiro. A identificação de interações estáveis com a matriz extracelular e com receptores de superfície aponta para vias pelas quais biofilmes bacterianos podem influenciar a comunicação intestino–cérebro, seja por favorecer adesão ao epitélio intestinal, seja por desencadear respostas inflamatórias e alterar a sinalização celular. Os achados destacam regiões específicas da curlina que podem participar desses mecanismos e fornecem bases para investigações futuras envolvendo neuroinflamação e o papel de amiloides bacterianos em doenças neurodegenerativas.
Referências
[1] Sarkar, S. R.; Mazumder, P. M.; Banerjee, S. Probiotics protect against gut dysbiosis associated decline in learning and memory. J. Neuroimmunol. Vol. 348, p. 577390 (2020). doi: https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2020.577390
[2] Halimi, H.; Ahmadi, B.; Asri, N.; Rostami-Nejad, M.; Houri, H. The roles of functional bacterial amyloids in neurological physiology and pathophysiology: Pros and cons for neurodegeneration. Microb. Pathog. Vol. 200, p. 107363 (2025). doi: https://doi.org/10.1016/j.micpath.2025.107363
[3] Miller, A.; Bessho, S.; Grando, K.; Tukel, Ç. Microbiome or Infections: Amyloid-Containing Biofilms as a Trigger for Complex Human Diseases. Front Immunol. 2021 Feb 26;12:638867. doi: 10.3389/fimmu.2021.638867.
[4] Olsén, A; Wick, M. J.; Mörgelin, M.; Björck, L. Curli, fibrous surface proteins of Escherichia coli, interact with major histocompatibility complex class I molecules. Infect. Immun. Vol. 66, n. 3, p. 944–949 (1998). doi: https://doi.org/10.1128/IAI.66.3.944-949.1998
[5] Das, T.K; Blasco-Conesa, M.P; Korf, J.;, Honarpisheh, P.;, Chapman, M.R.; Ganesh, B.P. Bacterial Amyloid Curli Associated Gut Epithelial Neuroendocrine Activation Predominantly Observed in Alzheimer’s Disease Mice with Central Amyloid-β Pathology. J Alzheimers Dis. 2022;88(1):191-205. doi: 10.3233/JAD-220106.
[6] HADDOCK 2.4. Disponível em: https://rascar.science.uu.nl/haddock2.4/. Acesso em: 23 out. 2025.
[7] FPocketWeb. Disponível em: https://durrantlab.pitt.edu/fpocketweb/. Acesso em: 23 out. 2025.
[8] RCSB PDB. Disponível em: https://www.rcsb.org/. Acesso em: 21 out. 2025.
[9] PyMOL. Disponível em: https://pymol.org/. Acesso em: 24 out. 2025.
[10] FTMap. Disponível em: https://ftmap.bu.edu. Acesso em: 24 out. 2025.