A técnica de sequenciamento genômico ajuda a entender a microbiota intestinal, uma célula de cada vez

Uma população de microrganismos que vivem em nosso intestino, conhecido como microbiota intestinal, desempenha um papel crucial no controle do nosso metabolismo e na redução do risco de doenças como obesidade e diabetes.

Estudos têm demonstrado que uma forma de promover o crescimento desses microrganismos benéficos e modular sua composição para um equilíbrio saudável é adicionar certas formas de fibra, como a inulina, à nossa dieta. Contudo, de todas as dezenas de trilhões de microrganismos na microbiota intestinal, tem sido difícil determinar quais e como os microrganismos respondem à fibra alimentar. Isso ocorre porque as técnicas atuais dependem da disponibilidade de genomas de referência em bancos de dados de sequência de DNA para uma classificação taxonômica precisa e atribuições funcionais precisas de organismos específicos, mas na realidade, estima-se que metade das espécies do intestino humano carece de um genoma de referência. Além disso, as técnicas existentes requerem horas ou mesmo dias para completar a tarefa.

Para resolver este problema, Cientistas da Universidade Waseda desenvolveram uma nova técnica chamada de genomas amplificados de uma única célula em plataforma de sequenciamento de grânulos de gel (SAG-gel), que pode fornecer múltiplos esboços de genomas da microbiota intestinal de uma só vez e identificar bactérias que respondem à fibra alimentar no nível da espécie, sem a necessidade de genomas de referência existentes. O que mais, a vantagem dessa técnica é que leva apenas 10 minutos para obter o esboço do genoma a partir de dados brutos do sequenciamento do genoma completo, uma vez que cada dado é puramente derivado de micróbios individuais. Isso acelera drasticamente o tempo necessário para o processo.

Nosso novo, técnica de sequenciamento de genoma de célula única pode obter cada genoma bacteriano separadamente e caracterizar bactérias não cultivadas com funções específicas na microbiota, e isso pode nos ajudar a estimar as linhagens metabólicas envolvidas na fermentação bacteriana da fibra e os resultados metabólicos no intestino com base nas fibras ingeridas. Ele apresenta uma análise funcional aprimorada e eficiente de bactérias não cultivadas no intestino. "

Masahito Hosokawa, professor assistente da Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade Waseda e autor correspondente deste estudo

O que os cientistas fizeram foi alimentar camundongos com uma dieta à base de inulina por duas semanas e usaram a técnica para capturar aleatoriamente células bacterianas individuais encontradas nas amostras fecais dos camundongos em minúsculas esferas de gel. As células bacterianas foram então processadas individualmente nas esferas de gel flutuando em um tubo de ensaio, e mais de 300 genomas amplificados de célula única (SAGs), ou genomas de um organismo unicelular, como bactérias, foram obtidos por sequenciamento maciço paralelo. Como cada SAG é composto por dezenas de milhares de leituras em média, ele permite o sequenciamento de todo o genoma extremamente econômico de células-alvo. Após o controle de qualidade e classificação dos SAGs, os cientistas determinaram quais bactérias eram responsáveis ​​por quebrar a inulina e extrair energia dela.

"De acordo com nossos resultados, a dieta rica em inulina aumentou as atividades do Bacteroides espécies dentro do intestino do rato, "Hosokawa explica." Além disso, a partir do esboço de genomas de recém-encontrados Bacteroides espécies, descobrimos o grupo de genes específicos para quebrar a inulina e a via metabólica específica para a produção de ácidos graxos de cadeia curta específicos, um metabólito que é produzido pela microbiota intestinal. Descobertas como essas ajudarão os cientistas no futuro a prever a fermentação metabólica das fibras dietéticas com base na presença e na capacidade de respostas específicas. "

Esta técnica pode ser aplicada a bactérias que vivem em qualquer lugar, seja dentro do intestino humano, no Oceano, ou mesmo no solo. Embora haja uma necessidade de melhorar sua precisão, uma vez que a leitura da sequência de DNA para algumas regiões do gene é considerada difícil, Hosokawa espera que esta técnica seja aplicada na medicina e na indústria e seja explorada para melhorar a saúde humana e animal.

Suas descobertas foram publicadas em Microbiome em 23 de janeiro, 2020.

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