Notícia

Pesquisadores constroem o mais complexo e completo microbioma sintético

Fonte

Universidade Stanford

Data

sexta-feira, 9 setembro 2022 11:20

Áreas

Bacteriologia. Bioinformática. Biologia. Biomedicina. Biotecnologia. Doenças Infecciosas. Genoma. Imunologia. Imunoterapia. Microbiologia.

Estudos importantes na última década mostraram que o microbioma intestinal, a coleção de centenas de espécies bacterianas que vivem no sistema digestivo humano, influencia o desenvolvimento neural, a resposta a imunoterapias contra o câncer e outros aspectos da saúde. Mas essas comunidades são complexas e, sem formas sistemáticas de estudar os seus constituintes, as células e moléculas exatas ligadas a certas doenças permanecem um mistério.

Recentemente, pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, construíram o microbioma sintético mais complexo e bem definido, criando uma comunidade de mais de 100 espécies bacterianas que foram transplantadas com sucesso em camundongos. A capacidade de adicionar, remover e editar espécies individuais permitirá que os cientistas entendam melhor as ligações entre o microbioma e a saúde e, eventualmente, desenvolvam terapias de microbioma de primeira classe.

Muitos estudos importantes do microbioma foram feitos usando transplantes fecais, que introduzem todo o microbioma natural de um organismo para outro. Embora os cientistas rotineiramente silenciem um gene ou removam uma proteína de uma célula específica ou mesmo de um camundongo, não existe esse conjunto de ferramentas para remover ou modificar uma espécie entre as centenas em uma determinada amostra fecal.

“Muito do que sabemos sobre biologia, não saberíamos se não fosse pela capacidade de manipular sistemas biológicos complexos por partes”, disse o Dr. Michael Fischbach, pesquisador do Instituto Sarafan ChEM-H, professor de Bioengenharia e de Microbiologia e Imunologia em Stanford e coautor do estudo publicado na revista científica Cell.

O Dr. Fischbach e colegas viram uma solução: construir um microbioma do zero, com crescimento individual e depois misturando suas bactérias constituintes.

Construindo a ‘Arca de Noé’

Cada célula do microbioma ocupa um nicho funcional específico, realizando reações que quebram e acumulam moléculas. Para construir um microbioma, a equipe teve que garantir que a mistura final não fosse apenas estável, mantendo um equilíbrio sem que nenhuma espécie dominasse o resto, mas também funcional, realizando todas as ações de um microbioma natural e completo. A seleção de espécies para incluir em sua comunidade sintética também foi difícil, dada a variação natural entre os indivíduos; duas pessoas selecionadas aleatoriamente compartilham menos da metade de seus genes microbianos.

Os pesquisadores, incluindo uma equipe do Chan Zuckerberg Biohub, decidiram construir sua colônia a partir das bactérias mais prevalentes e recorreram ao Human Microbiome Project (HMP), uma iniciativa dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) dos Estados Unidos, para sequenciar os genomas microbianos completos de mais de 300 adultos.

“Estávamos procurando a Arca de Noé de espécies bacterianas no intestino humano, tentando encontrar aquelas que quase sempre estavam lá em qualquer indivíduo”, destacou o professor Fischbach.

Eles selecionaram mais de 100 cepas bacterianas que estavam presentes em pelo menos 20% dos indivíduos HMP. A adição de algumas espécies necessárias para alguns estudos subsequentes os levou a 104 espécies, que cresceram em estoques individuais e depois foram misturadas em uma cultura combinada para fazer o que eles chamam de comunidade humana, ou hCom1.

Embora convencido de que as cepas pudessem coexistir no laboratório, o verdadeiro teste era se sua nova colônia criaria raízes no intestino. Eles introduziram a hCom1 em camundongos cuidadosamente projetados para não apresentar bactérias. A comunidade hCom1 foi notavelmente estável, com 98% das espécies constituintes colonizando o intestino desses camundongos livres de germes, e os níveis de abundância relativa de cada espécie permanecendo constantes ao longo de dois meses.

Desafio final

Para demonstrar a utilidade de seu microbioma sintético, a equipe analisou camundongos colonizados por hCom2 e os desafiou com uma amostra de E. coli. Esses camundongos, como aqueles que foram colonizados com um microbioma natural, resistiram à infecção.

Estudos anteriores mostraram que um microbioma natural saudável leva à proteção, mas o professor Michael Fischbach e colegas poderiam dar um passo adiante eliminando ou modificando iterativamente certas cepas para determinar quais conferiam proteção especificamente. Eles encontraram várias bactérias importantes e planejam realizar mais estudos para restringir as espécies mais críticas.

O professor Michael Fischbach acredita que a hCom2, ou versões futuras dela, possibilitará estudos reducionistas semelhantes que revelam os agentes bacterianos envolvidos em outras áreas, como as respostas da imunoterapia.

“Construímos este consórcio para a comunidade de pesquisa mais ampla. Queremos colocar isso em tantas mãos quanto possível para causar impacto prático”, concluiu o pesquisador.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Stanford (em inglês).

Fonte: Rebecca McClellan, Universidade Stanford. Imagem: cultura de células bacterianas do laboratório do professor Michael Fischbach, na Universidade Stanford. Fonte: L.A. Cicero, Universidade Stanford.

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