Uma nova ferramenta ajuda a traduzir a comunicação complexa entre os micróbios e o corpo

Uma nova ferramenta desenvolvida por cientistas do Instituto Quadram e do Instituto Earlham está ajudando a traduzir a complexa comunicação entre o microbioma e o corpo. A ferramenta será valiosa para os pesquisadores que tentam entender como os micróbios influenciam a saúde, as mudanças que levam à doença, e apontar para potenciais alvos de drogas.

p O microbioma intestinal humano tem papéis importantes para nos manter saudáveis. É vital para a obtenção de nutrientes dos alimentos, e está se tornando mais aparente que desempenha um papel em diferentes crônicas, doenças terminais e de estilo de vida. Mudanças na composição do microbioma foram associadas ao diabetes tipo 2, obesidade e doença inflamatória intestinal (IBD), mas não está claro como essas mudanças causam o aparecimento de diferentes condições, ou se são, em vez disso, um sintoma.

p Para começar a desbloquear os mecanismos, pesquisadores têm se concentrado na comunicação entre micróbios e seus organismos hospedeiros, incluindo humanos. Os micróbios liberam uma variedade de metabólitos, proteínas e moléculas de RNA que permitem a comunicação com outras proteínas do organismo hospedeiro. Isso pode provocar uma resposta das redes do hospedeiro, resultando na ativação ou desativação de genes do hospedeiro que modulam vários processos.

p Traduzir essas comunicações entre reinos cruzados entre as proteínas microbianas e as do hospedeiro é vital se quisermos entender os processos que afetam a saúde e também as doenças. Esses estudos de comunicação entre reinos foram feitos para algumas bactérias, principalmente espécies patogênicas que desencadeiam doenças específicas. Mas o microbioma pode conter milhares de espécies diferentes, todos potencialmente se comunicando com uma variedade de proteínas hospedeiras diferentes, ligada a muitas vias de sinalização e processos fisiológicos diferentes.

p Para entender essas comunicações complexas, O Dr. Tamas Korcsmaros e o Dr. Padhmanand Sudhakar do Quadram Institute e do Earlham Institute e colegas desenvolveram um pipeline computacional integrado chamado MicrobioLink. Publicado no jornal Células , MicrobioLink conecta proteínas microbianas com proteínas do hospedeiro com as quais eles provavelmente interagem, e então infere como essas interações influenciam os processos celulares no hospedeiro.

p Os pesquisadores podem usar o Microbiolink para testar um conjunto de proteínas, que, por exemplo, podem ser as proteínas secretadas por toda uma comunidade microbiana, contra uma lista relevante de proteínas hospedeiras de dados experimentais ou bancos de dados existentes. O pipeline, então, prevê interações entre proteínas microbianas e do hospedeiro com base em suas respectivas características moleculares, como domínios e motivos. As interações proteína-proteína representam canais de comunicação potencialmente interessantes entre a bactéria e o hospedeiro.

p O poder do Microbiolink vem na próxima etapa que usa um princípio, denominado difusão, na ciência da rede para rastrear os efeitos das interações entre as proteínas microbianas e do hospedeiro em outros processos do hospedeiro mais a jusante. Isso usa bancos de dados existentes de interações moleculares validadas para seguir os sinais das proteínas do hospedeiro (previstas para serem ligadas e, portanto, modificadas por proteínas microbianas) até outros genes ou proteínas-alvo no hospedeiro. Com a filtragem adequada, isso pode identificar nós-chave em redes e genes ou proteínas específicos no hospedeiro que são afetados pela comunicação original entre os micróbios e o hospedeiro.

p Para testar o pipeline, a equipe de pesquisa realizou um estudo de caso usando um compêndio de proteínas bacterianas encontradas apenas em pacientes com doença de Crohn, e outro conjunto de proteínas encontrado apenas em pessoas saudáveis. Eles usaram o MicrobioLink para comparar como os diferentes conjuntos de proteínas afetaram a autofagia, que é um importante processo celular conhecido por ser desregulado na doença de Crohn. Isso revelou uma rede com caminhos de sinalização claramente separados para a doença e contextos saudáveis ​​e, em última análise, influenciando a expressão de genes de autofagia.

p Essas descobertas precisariam ser confirmadas experimentalmente, mas apontam para um mecanismo potencial que liga o microbioma e a doença de Crohn. O estudo de caso também demonstra o potencial desse pipeline computacional integrado para traduzir as comunicações entre os micróbios e o hospedeiro, para que possamos começar a entender seus efeitos no corpo, e suas implicações na saúde e na doença.

p Além de estudar a influência do microbioma em outras doenças, MicrobioLink também pode ser usado para desvendar os efeitos benéficos sobre o hospedeiro de bactérias probióticas ou comunidades de bactérias, e não apenas em humanos.

p Basicamente, agora estamos fornecendo um método para a comunidade científica entender melhor como as bactérias comensais ou probióticas estão influenciando nossa saúde. É uma ferramenta de análise computacional, portanto, o primeiro passo para projetar estudos experimentais focados, mas esperamos que já ajude os colegas a aproveitar a riqueza existente de dados de vários pacientes, e resultar em novos estudos de intervenção clínica. "

Dr. Tamas Korcsmaros, Instituto Quadram

p "Como o MicrobioLink é versátil e agnóstico para os organismos, terá aplicações na saúde do gado, bem como na análise de como o microbioma do solo afeta a saúde das plantas. "- Padhmanand Sudhakar acrescentou.

p Mais imediatamente, a equipe está tentando aplicar o MicrobioLink para entender os efeitos do vírus SARS-CoV-2 por trás da pandemia de COVID-19.

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