Notícia

Genes de micróbios intestinais estão ligados a uma série de doenças humanas

Fonte

Universidade Harvard

Data

sexta-feira, 21 maio 2021 06:30

Áreas

Bacteriologia. Bioinformática. Biomarcadores. Genoma. Medicina de Precisão.

Os seres humanos hospedam trilhões de bactérias, fungos, vírus e outros microrganismos que compõem o microbioma humano. Nos últimos anos, a mistura dessas bactérias residentes e a presença de espécies bacterianas específicas têm sido associadas a condições que variam da obesidade à esclerose múltipla.

Agora, dando um passo adiante, os pesquisadores da Escola Médica da Universidade Harvard e do Joslin Diabetes Center, nos Estados Unidos, foram além das espécies microbianas. Analisando a composição genética das bactérias no intestino humano, a equipe conseguiu vincular grupos de genes bacterianos, ou “assinaturas genéticas”, a várias doenças.

O trabalho aproxima os cientistas do desenvolvimento de testes que podem prever o risco de doenças ou identificar a presença de doenças com base em uma amostra da composição genética do microbioma de uma pessoa.

As descobertas, publicadas na revista científica Nature Communications, ligam conjuntos de genes bacterianos à presença de doença arterial coronariana, cirrose hepática, doença inflamatória intestinal, câncer de cólon e diabetes tipo 2.

A análise indica que três dessas condições – doença arterial coronariana, doença inflamatória intestinal e cirrose hepática – compartilham muitos dos mesmos genes bacterianos. Em outras palavras, as pessoas cujos intestinos abrigam esses genes bacterianos parecem mais propensas a ter uma ou mais dessas três doenças.

O trabalho representa um avanço significativo na compreensão atual da relação entre os micróbios que residem no intestino humano e doenças específicas, disseram os pesquisadores. Se confirmados por meio de pesquisas adicionais, os resultados podem ajudar o projeto de ferramentas que podem medir o risco de uma pessoa para uma série de condições com base na análise de uma única amostra fecal, acrescentaram os especialistas.

“Isso abre uma janela para o desenvolvimento de testes usando indicadores de doenças cruzadas e baseados em genes”, disse Braden Tierney, primeiro autor do artigo e estudante de pós-graduação no programa de Ciências Biológicas e Biomédicas ad Escola Médica de Harvard. “Identificamos marcadores genéticos que acreditamos que poderiam levar a testes, ou apenas um teste, para identificar associações com uma série de condições médicas.”

Os pesquisadores alertam que seu estudo não foi projetado para elucidar exatamente como e por que esses genes microbianos podem estar ligados a diferentes doenças. Até agora, eles disseram, não está claro se essas bactérias estão envolvidas no desenvolvimento de doenças ou são meros espectadores neste processo.

O objetivo do estudo era determinar se grupos de genes poderiam indicar de forma confiável a presença de diferentes doenças. Essas assinaturas genéticas microbianas recém-identificadas, no entanto, poderiam ser estudadas posteriormente para determinar qual papel, se houver, os organismos desempenham no desenvolvimento de doenças.

“Nosso estudo ressalta o valor da ciência de dados para descobrir a interação complexa entre os micróbios e os humanos”, disse o Dr. Chirag Patel, coautor sênior do estudo e professor de Informática Biomédica da Escola Médica de Harvard.

Os pesquisadores começaram coletando dados do microbioma de 13 grupos de pacientes, totalizando mais de 2.500 amostras. Em seguida, eles analisaram os dados para identificar ligações entre sete doenças e milhões de espécies microbianas, vias metabólicas microbianas e genes microbianos.

Experimentando uma variedade de abordagens de modelagem – computando um total de 67 milhões de modelos estatísticos diferentes – eles foram capazes de observar quais características do microbioma surgiram consistentemente como os candidatos mais fortes associados a doenças.

De todas as várias características microbianas – espécies, vias e genes – os genes microbianos tiveram o maior poder preditivo. Em outras palavras, disseram os pesquisadores, grupos de genes bacterianos, ou assinaturas genéticas, em vez de apenas a presença de certas famílias bacterianas, estavam mais intimamente ligados à presença de uma determinada condição.

Algumas das principais observações incluíram:

• Grupos de genes bacterianos, ou assinaturas genéticas, em vez de genes bacterianos individuais, parecem implicados em vários tipos de doenças humanas.
• A doença arterial coronariana, a doença inflamatória intestinal e a cirrose hepática têm assinaturas genéticas do microbioma intestinal semelhantes.
• O diabetes tipo 2, por outro lado, tem uma assinatura de microbioma diferente de qualquer outro fenótipo testado.
• A análise não encontrou uma ligação consistente entre a presença da espécie bacteriana Solobacterium moorei e o câncer de cólon – uma associação previamente relatada em vários estudos. No entanto, os pesquisadores identificaram genes específicos de uma subespécie de S. moorei associada ao câncer colorretal. Esse achado indica que a análise em nível de gene pode produzir biomarcadores de doenças com maior precisão e especificidade em comparação com as abordagens atuais. O Dr. Chirag Patel disse que este resultado reforça a noção de que não é apenas a presença de uma determinada família bacteriana que pode pressagiar risco, mas sim as cepas e assinaturas de genes dos micróbios que importam. A capacidade de identificar interconexões com tal precisão será crítica para projetar testes que possam medir o risco de forma confiável, acrescentou o pesquisador. Assim, neste exemplo específico, um teste destinado a medir o risco de câncer de cólon apenas detectando a presença de S. moorei no intestino pode não ser tão confiável quanto um teste mais refinado que mede genes bacterianos para detectar a presença de cepas específicas de S. moorei que estão associados ao câncer de cólon.
• Duas condições – inflamação do ouvido e tumores benignos de tecidos moles chamados adenomas – mostraram associações fracas com o microbioma intestinal, sugerindo que os microrganismos que residem no intestino humano provavelmente não desempenham um papel no desenvolvimento dessas doenças, nem que sejam indicadores confiáveis ​​de que essas condições estão presentes.

“O objetivo final da ciência computacional é gerar hipóteses a partir de uma grande quantidade de dados. Nosso trabalho mostra que isso pode ser feito e abre tantos novos caminhos para pesquisa e investigação: somos limitados apenas pelo tempo, pessoas e recursos necessários para executar esses testes”, concluiu Braden Tierney.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Médica da Universidade Harvard (em inglês).

Fonte: Jen A. Miller, Escola Médica da Universidade Harvard. Imagem: Intestino delgado humano. Fonte: Dr. Josef Reischig via Wikimedia Commons.

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