USP
Universidade de São Paulo

Shaker Chuck Farah

Professor Titular - Departamento de Bioquímica
3091-8519  3091-3326 
 chsfarah@iq.usp.br
BSc University of Toronto 1985
MSc University of Toronto 1988

PhD Universidade de São Paulo 1994

Biologia Estrutural e Funcional de Sistemas de Secreção de Macromoléculas e Vias de Sinalização em Bactérias 

     O foco principal do nosso laboratório é entender a base estrutural de processos importantes para comportamentos bacterianos complexos. Usamos como modelo o fitopatógeno Xanthomonas citri, causador do cancro cítrico. Nossos trabalhos combinam técnicas de biologia estrutural, espectroscopia, produção de nocautes gênicos, enzimologia e a análise de redes de interação proteína-proteína.

 i) Sistemas de secreção de tipo IV e a competição bacteriana. 

            Talvez os mecanismos mais poderosos e sofisticados utilizados por bactérias para interagir com outras células e manipular o seu ambiente sejam os sistemas de secreção de macromoléculas, que atuam no transporte de proteínas e/o DNA através do envelope bacteriano. Os versáteis Sistemas de Secreção do Tipo IV (T4SSs) desempenham importantes funções em bactérias entre os quais são conjugação bacteriana (transferência horizontal de material genético entre bactérias) e a transferência de fatores de virulência para dentro de células hospedeiras, frequentemente causando doenças de importância para saúde humana e em plantas. Muitas bactérias da família Xanthomonadaceae possuem um T4SS com características distintas de outros T4SSs já caracterizados. Nosso grupo demonstrou que o fitopatógeno Xanthomonas citri emprega este sistema para transferir toxinas para outras bactérias, resultando na morte da célula alvo. Nesta maneira, o T4SS contribua significativamente para a capacidade de Xanthomonas spp competir com outras espécies bacterianas. Nosso laboratório está desenvolvendo estudos estruturais e funcionais sobre o T4SS da Xanthomonas. O tamanho deste sistema secretório, que contem múltiplas cópias de pelo menos uma dúzia de subunidades diferentes e peso molecular > 3 megaDaltons, gera grandes desafios para estudar sua estrutura e funcionamento. Outros desafios são de entender os detalhes do mecanismo de reconhecimento entre o T4SS e as toxinas por ela secretadas e de caracterizar as atividades e alvos moleculares das toxinas secretadas por este sistema.

 ii) Estilo de vida bacteriana e o segundo mensageiro c-di-GMP: síntese, degradação e receptores.

            Bactérias podem adotar múltiplos estilos de vida. Em um extremo, há crescimento planctônico em meio líquido em que células vivem individualmente, frequentemente empregando flagelos para nadar na direção de quimioatraentes ou na direção oposta de quimiorepelentes. Outro estilo de vida envolve crescimento em uma superfície como parte de uma comunidade de muitas células (muitas vezes chamadas biofilmes). A habilidade de transitar entre estes, e intermediários, estilos de vida requer a coordenação de uma série de eventos de desenvolvimento celular e uma grande variedade de comportamentos fisiológicos complexos, por exemplo, “quorum sensing”, múltiplos tipos de motilidade, adesão a superfícies, secreção de exopolissacarídeos, surfactantes e enzimas extracelulares e a produção de fatores de virulência. O dinucletídeo bis(3´-5´) di-GMP cíclico (c-di-GMP) desempenha um papel central nesta coordenação no reino de bactérias. O c-di-GMP é sintetizado por diguanilato ciclases (domínios GGDEF), é degradado por duas classes de fosfodiesterases (domínios EAL e HD-GYP) e existe uma variedade de famílias de receptores de c-di-GMP (ie domínios PilZ, FleQ, Clp, domínios GGDEF e EAL não-catalíticos e “riboswitches”). O genoma da Xanthomonas citri codifica dezenas de domínios ciclase, fosfodiesterases e receptores de c-di-GMP, a maioria dos quais estão associados covalentemente ou não-covalentemente a outros domínios com um largo espectro de atividades associadas a sinalização molecular. O nosso desafio é entender os princípios de regulação enzimática das ciclases e fosfodiesterases e os princípios que regulam as afinidades dos receptores para c-diGMP. Também queremos entender os detalhes moleculares das interações entre estes e outros domínios e como estas interações afetam suas atividades enzimáticas e afinidades por c-di-GMP. 

 iii) O pilus tipo IV: Regulação e seu papel em motilidade e formação de biofilme

O pilus do tipo IV (T4P) é um filamento polimérico longo e fino encontrado na superfície de bactérias Gram negativas e envolvido numa variedade de comportamentos importantes incluindo motilidade, adesão, patogenicidade, transformação natural, evasão do sistema imune e formação de biofilmes. Um complexo de múltiplos componentes embutidos no envelope bacteriana controla a extensão/polimerização e retração/despolimerização destes filamentos. O nosso grupo está estudando as estruturas e a dinâmica das interações dos componentes deste complexo regulatório com atenção especial nas interações entre o receptor de c-di-GMP FimX, a proteína adaptadora PilZ e a ATPase PilB.

 Membros do Laboratório

Pós-Doutores

Diorge Paulo de Souza (diorge@iq.usp.br)

German Sgro (germansgro@gmail.com)

William Cenens (w.cenens@gmail.com)

Ethel Bayer Santos (ethel.bs@gmail.com)

Bruno Yasui Matsuyama (brunomatsuyama@gmail.com)

Alunos de Pós-Graduação 

Gabriel Umaji Oka (PhD) (gabriel.oka@usp.br)

Edgar Llontop (PhD) (edg_2_9@hotmail.com)

Santiago Justo Arévalo (PhD) (sanjusare_712@hotmail.com)

Natalia Bueno (MSc) (bunafe@gmail.com)

Iniciação Científica 

Tania Geraldine Churasacari Vinces (geraldine.nm91@gmail.com)
Izabel Del Vale Mininel (izabel.mininel@usp.br)

 

Alumni

Pós-doutores

 1) Lucicleide Ribeiro Silva (2005)

 2) Miryam Marroquin Quelopana (2005) – Pesquisadora, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

 3) Roberto Kopke Salinas (2008) - Professor, Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Brasil

 4) Cristiane Rodrigues Guzzo (2011) - Professora, Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, Brasil

 5) Pricila Hauk Teodoro (2012) - Assistant Research Scientist, Institute for Bioscience and Biotechnology Research (IBBR), University of Maryland, College Park, MD, USA

 6) Cristina Elisa Alvarez Martinez (2013) - Professora, Departamento de Genética e Biologia Molecular, Instituto de Biologia, UNICAMP, Campinas, SP, Brasil

 7) German Dunger (2015) - Professor, Departamento de Producción Animal, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional del Litoral, Argentina.

 8) Raphael Dias Teixeira (PhD, 2015) - Pós-doutor, Biozentrum, Suiça

Pós-graduação

 1) Sandro Fernandes Ataide (MSc, 2001) - Professor, School of Molecular Bioscience, University of Sydney, Australia

 2) Aurea Denise Sousa (PhD, 2002) - Research Associate, Sylvester Comprehensive Cancer Center, University of Miami, FL, USA

 3) Adriana Aparecida Paulucci (PhD, 2003) – Research Associate, Department of Genetics, MD Anderson Cancer Center, Houston, TX, USA

 4) Luis Marcelo Fernandes Holthauzen (PhD, 2003) – Research Associate, Sealy Center for Structural Biology and Molecular Biophysics, University of Texas Medical Branch, Galveston, TX, USA

 5) Eric Kors Vidsiunas (PhD, 2004) - Alellyx Applied Genomics; FAPESP

 6) Marcos Castanheira Alegria (PhD, 2004) - ‎Diretor de Biotecnologia na Cristália Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda, Brasil

 7) Cássia Docena (PhD, 2006) - Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães, Fundação Oswaldo Cruz, Recife, PE, Brasil

 8) Leonor Galvão de Botton (PhD, 2007) – Magellan Intellectual Property, Brasil

 9) Fernando Correa (PhD, 2008) - Senior Research Associate, Structural Biology Initiative, CUNY Advanced Science Research Center, New York, NY, USA

 10) Cristiane Rodrigues Guzzo (PhD, 2010) – Professora, Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biomédicas, Universidade de São Paulo, Brasil

 11) Diorge Paulo de Souza (PhD, 2010) – Pós-doutor, Departamento de Bioquímica, Instituto de Química, Universidade de São Paulo, Brasil

 12) Paola Alejandra Cappelletti (PhD, 2010) - Supervisora de Pesquisa e Desenvolvimento na Empresa Excellion Serviços Biomédicos, Petrópolis, Rio de Janeiro, Brasil

 13) Maria Cláudia Pereda Rosa (PhD, 2010) - Técnica de Laboratório no Departamento de Reprodução Animal (VRA), Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia, Universidade de São Paulo e Professora de Biomedicina na Universidade Paulista (UNIP), São Paulo, Brasil

 14) Maxuel de Oliveira Andrade (MSc, 2006, PhD 2011) – Pós-doutor, Department of Microbiology and Cell Science, Universidade da Florida, Gainesville, FL, USA

 15) Maycon Campos Oliveira (PhD, 2015) – Pesquisador, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo, Sete Lagoas, MG, Brasil

  16) Raphael Dias Teixeira (PhD, 2015) - Pós-doutor, Biozentrum, Suiça


Publicações representativas:

 

Dunger, G., Llontop, E., Guzzo, C.R., Farah, C.S. (2016) The Xanthomonas type IV pilus. Current Opinion in Microbiology 30, 88-97.

Souza, D.P., Oka, G.U., Martinez, C.E.A., Bisson-Filho, A.W., Dunger, G., Hobeika, L., Cavalcante, N.S., Alegria, M.C., Barbosa, L.R.S., Salinas, R.K., Guzzo, C.R. and Farah, C.S. (2015) Bacterial Killing via a Type IV Secretion System. Nature Communications 6, 6453

Oliveira, M.C., Teixeira, R.D., Andrade, M.O., Pinheiro, G.M.S, Ramos, C.H.I., Farah, C.S. (2015) Cooperative Substrate Binding by a Diguanylate Cyclase. Journal of Molecular Biology, 427, 415-432, 

Dunger, D., Guzzo, C.R., Andrade, M.O., Jones, J.B. and Farah, C.S. (2014) Xanthomonas citri subsp. citri Type IV Pilus Is Required for Twitching Motility, Biofilm Development, and Adherence. Mol. Plant Microbe Interact. 27, 1132–1147.

Andrade, M.O., Farah, C.S. and Wang, N. (2014) The post-transcriptional regulator rsmA/csrA activates T3SS by stabilizing the 5´ UTR of hrpG, the master regulator of hrp/hrc genes, in Xanthomonas. PLoS Pathogens 10(2): e1003945

Guzzo, C.R., Dunger, G., Salinas, R.K. and Farah, C.S. (2013) Structure of the PilZ-FimXEAL-c-di-GMP complex responsible for the regulation of bacterial Type IV pilus biogenesis. Journal of Molecular Biology 425, 2174-2197.

Souza, D.P., Andrade, M.O., Martinez, C.E.A., Arantes, G.M., Farah, C.S and Salinas, R.K. (2011) A Component of the Xanthomonadaceae Type IV Secretion System Combines a VirB7 Motif with a N0 Domain Found in Outer Membrane Transport Proteins. PLoS Pathogens 7(5):e1002031. 

Guzzo, C.R., Salinas, R.K., Andrade, M.O. and Farah, C.S. (2009) PilZ protein structure and interactions with PilB and the FimX EAL domain: Implications for control of Type IV pilus biogenesis. Journal of Molecular Biology 393, 848–866.

Guzzo, C.R., Nagem, R.A.P., Barbosa, J.A.R.G., and Farah, C.S. (2007) The structure of Xanthomonas axonopodis pv. citri YaeQ reveals new compact protein fold built around a variation of the PD-(D/E)XK nuclease motif. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 69, 644-651. 

Andrade, M.O., Alegria, M.C., Guzzo, C.R., Docena, C., Rosa, M.C.P., Ramos, C.H.I. and Farah, C.S. (2006) The HD-GYP domain of RpfG mediates a direct linkage between the Rpf quorum sensing pathway and a subset of diguanylate cyclase proteins in the phytopathogen Xanthomonas axonopodis pv citri. Molecular Microbiology 62, 537–551.

Alegria, M.C., Souza, D. P., Andrade, M.O., Docena, C., Khater, L., Ramos, C.H.I., da Silva, A.C.R., Farah, C.S. (2005) Identification of new protein-protein interactions involving the products of the chromosome - and plasmid – encoded type IV secretion loci of the phytopathogen Xanthomonas axonopodis pv. citri. J. Bacteriology 187, 2315-2325.