Os pesquisadores usam ferramentas genômicas e supercomputadores para estudar o microbioma intestinal infantil

Desde 2017, Pesquisadores da Universidade do Alabama em Birmingham, Casey Morrow, Ph.D., e Hyunmin Koo, Ph.D., usaram ferramentas genômicas poderosas e supercomputadores que analisam grandes quantidades de dados genéticos para identificar cepas individuais dentro de uma única espécie do microbioma intestinal.

Este método de "impressão digital" do microbioma ajudou a mostrar as fontes maternas de micróbios para os microbiomas de bebês humanos ou filhotes de camundongos, além de mostrar extrema persistência de cepas microbianas intestinais em gêmeos humanos adultos que viveram separados após coabitar por décadas.

Agora Koo e Morrow voltaram seus estudos de estabilidade de cepas microbianas para bebês e crianças humanas, idades logo após o nascimento (cerca de 6 meses) a 6 anos. Em geral, eles descobriram que havia padrões individualizados de especificidade de cepas microbianas conforme os microbiomas intestinais do bebê se desenvolviam.

O ecossistema microbiano intestinal infantil começa com mudanças de curto prazo na composição microbiana que eventualmente se resolvem em uma composição microbiana estável, o foco do estudo atual. Essas interações estáveis ​​micróbio-hospedeiro são essenciais para a digestão eficiente dos alimentos, desenvolvimento imunológico saudável e resistência à colonização por patógenos.

Em geral, a comunidade microbiana intestinal inicial é dominada por micróbios que podem se alimentar de carboidratos presentes no leite materno ou fórmula, tal como Bifidobacterium adolescentis .

Conforme a criança cresce, a transição para alimentos sólidos e o crescimento físico resultam em mudanças na estrutura espacial do intestino, que contribui para a variação no ambiente físico e químico que fornece novas oportunidades de nicho ecológico para o crescimento de cepas microbianas. Esta transição do ecossistema se correlaciona com o aparecimento de Bacteroidetes - como Bacteroides vulgatus - dentro da estrutura da comunidade microbiana intestinal. "

Casey Morrow, Ph.D., Universidade do Alabama em Birmingham

Os pesquisadores da UAB aplicaram sua técnica de impressão digital de micróbio a dois conjuntos de dados de sequenciamento de DNA metagenômico, de estudos publicados anteriormente por outros, de amostras fecais de bebês e crianças pequenas coletadas como uma série temporal. O primeiro conjunto de 31 bebês teve amostras coletadas logo após o nascimento e em 1, 2 e 3 anos de idade.

Quatorze dessas crianças tiveram vários tratamentos com antibióticos, que pode perturbar o microbioma intestinal; o resto não tinha antibióticos. O segundo conjunto de dados incluiu nove bebês que foram amostrados de 6 meses de idade a 6 anos; quatro dos nove haviam recebido vários antibióticos.

Dos 17 bebês no primeiro conjunto de dados que não receberam antibióticos durante os três anos após o nascimento, um padrão específico do bebê foi observado para cepas microbianas estáveis ​​e instáveis. Apenas uma criança não teve cepas estáveis ​​identificadas das 20 espécies bacterianas analisadas. Para os 14 bebês que receberam várias doses de antibióticos, 10 mostrou um padrão único de cepas transitórias que apareceram por um curto período de tempo após múltiplos tratamentos com antibióticos.

Para o segundo conjunto de dados, os pesquisadores da UAB analisaram a estabilidade da cepa microbiana intestinal de Bacteroides vulgatus e Bifidobacterium adolescentis por até seis anos após o nascimento. Eles descobriram padrões específicos individuais de várias cepas microbianas dominantes que eram independentes da exposição a antibióticos e do modo de nascimento.

Mais importante, não havia ligação óbvia entre as mudanças de tensão em B. vulgatus e B. adolescentis . Por exemplo, uma criança que recebeu vários antibióticos teve alteração limitada em B. vulgatus cepas como B. adolescentis cepas mudaram extensivamente, enquanto outro bebê que recebeu vários antibióticos apresentou o padrão oposto de alterações de cepas.

Os pesquisadores também viram vários exemplos de mudança de cepa microbiana transitória por curtos períodos, sem tratamentos com antibióticos, seguido pela recuperação da cepa dominante. Embora a força motriz para essas mudanças seja desconhecida, houve vários casos em que uma mudança completa de cepa específica do bebê para B. vulgatus e para B. adolescentis ocorreu. Os metadados para essas crianças não mostraram nenhuma correlação óbvia dessas mudanças com o sexo, país de origem, modo de parto ou se a criança desenvolveria diabetes.

"Os resultados de nossa análise usando ambos os conjuntos de dados destacam que a alteração da cepa microbiana é inerente ao desenvolvimento do ecossistema microbiano intestinal infantil, "Koo e Morrow disseram." Além disso, os resultados do nosso estudo apóiam o uso do método de rastreamento de cepas para monitorar o desenvolvimento de uma comunidade microbiana estável e saudável. "

Morrow, Koo e seus colegas usaram sua ferramenta de impressão digital de micróbio em estudos anteriores de rastreamento de deformação. Em 2017, eles descobriram que micróbios doadores fecais - usados ​​para tratar pacientes com infecções recorrentes por Clostridium difficile - permaneceram em recipientes por meses ou anos após os transplantes fecais.

Em 2018, eles mostraram que mudanças no trato gastrointestinal superior por meio de cirurgia de obesidade levaram ao surgimento de novas cepas de micróbios. Em 2019, eles analisaram a estabilidade de novas cepas em indivíduos após tratamentos com antibióticos, e no início deste ano, eles fizeram o estudo de gêmeos adultos, que mostrou que os gêmeos compartilhavam uma certa linhagem ou linhagens entre cada par por períodos de anos, e mesmo décadas, depois que eles começaram a viver separados um do outro.

Também este ano, eles mostraram que um mosaico individualizado de cepas microbianas foi transmitido ao microbioma intestinal do bebê de uma mãe dando à luz por parto vaginal, conforme analisado em pares mãe-bebê, bem como mães de ratos e filhotes.

• Nova abordagem terapêutica traz esperança para o tratamento da psoríase
• Pessoas com depressão são mais propensas a desenvolver a doença de Crohns