Nova ferramenta registra e rastreia o crescimento do microbioma

Nos últimos anos, o microbioma humano ganhou imensa popularidade devido ao seu papel em moldar a saúde de uma pessoa. É essencial para o desenvolvimento humano, nutrição, e imunidade. É por isso que muitos estudos se concentraram em como melhorar a saúde, visando ou aprimorando o microbioma.

Flora normal do intestino delgado - Crédito da ilustração:Kateryna Kon / Shutterstock

As bactérias que vivem em humanos não são invasores, mas colonizadores benéficos. Eles fornecem uma ampla gama de benefícios para a saúde. Qualquer alteração no equilíbrio dessas espécies tem sido associada a doenças autoimunes, como artrite reumatóide, esclerose múltipla, diabetes, fibromialgia, e distrofia muscular.

Muitos estudos trataram do microbioma, mas uma parte de seu estudo que torna difícil a observação é como a flora muda ao longo do tempo em resposta a diferentes estímulos. Atualmente, a maioria dos cientistas estuda o microbioma extraindo a bactéria de amostras fecais. De lá, eles sequenciaram os genomas. Mas, uma das limitações desse tipo de experimento é que as informações vitais sobre as mudanças no microbioma que ocorrem no intestino são perdidas. Cientistas, Portanto, não terá um quadro completo da dinâmica da flora humana.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Wyss de Engenharia Inspirada na Biologia da Universidade de Harvard e da Escola de Medicina de Harvard (HMS) encontrou uma maneira de resolver o problema, pois eles foram capazes de formular genes bacterianos que foram projetados para determinar e registrar as mudanças que acontecem nas populações bacterianas no intestino. Eles testaram a ferramenta pela primeira vez em modelos de ratos em laboratório com precisão de uma única célula. Esta nova ferramenta pode abrir caminho para a concepção de uma ferramenta mais complexa e abrangente a ser usada para diagnósticos e na formulação de novas terapêuticas.

Relógio de microbioma

Publicado na revista Nature Communications, o estudo mostra como o novo algoritmo pode detectar e rastrear as mudanças que acontecem nas populações da flora intestinal. O sistema usa um circuito genético oscilante, apelidado de repressilador, que é um tipo de relógio genético usado para medir e avaliar o crescimento bacteriano.

Ele contém três genes bacterianos usados ​​para codificar três proteínas, a saber, as proteínas Repressoras Tet, lacl, e cl. Essas proteínas bloqueiam a expressão de uma das outras proteínas. No ciclo, os genes são amarrados ou conectados em um ciclo de feedback negativo; em que quando uma das concentrações de proteínas repressoras cai abaixo do normal, a proteína reprimida será expressa. Portanto, ele bloqueia a expressão da terceira proteína, e o ciclo continua.

Então, quando os cientistas introduzem os genes nas bactérias, os números do ciclo do ciclo de feedback negativo que são concluídos podem se tornar um registro da taxa de mitose ou quantas divisões celulares as bactérias completaram, mais como um relógio ou cronômetro.
“Imagine se você tivesse duas pessoas usando dois relógios diferentes, e o ponteiro dos segundos no relógio de uma pessoa estava se movendo duas vezes mais rápido que o da outra pessoa. Se você parou os dois relógios depois de uma hora, eles não concordariam que horas eram, porque sua medição de tempo varia com base na taxa de movimento do ponteiro dos segundos. Em contraste, nosso repressilador é como um relógio que sempre se move na mesma velocidade, então não importa quantas pessoas diferentes estejam usando um, todos eles darão uma medição consistente do tempo. Essa qualidade nos permite estudar o comportamento das bactérias no intestino com mais precisão, ”David Riglar do Wyss Institute e do Imperial College London, disse.

Para criar o cronômetro, os pesquisadores associaram cada uma das três proteínas repressoras a uma molécula fluorescente. Eles fizeram os RINGS (inferência de crescimento baseada em repressilador no nível de célula única), que é um fluxo de trabalho de imagem que pode rastrear ou registrar a proteína específica que é expressa em vários pontos de tempo durante o crescimento da bactéria.

Com o uso de ANÉIS, os pesquisadores foram capazes de registrar com sucesso o número de mitoses ou divisões celulares em muitas espécies bacterianas. A nova ferramenta ajudou a resolver um problema específico e, ao mesmo tempo, fornecem uma plataforma que pode ajudar a estudar mais o microbioma intestinal. Também, pode abrir a porta para novas terapêuticas e novos testes de diagnóstico que podem ajudar a conter várias doenças associadas ao desequilíbrio do microbioma intestinal ou disbiose.

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