Estudo:Interações de micróbios no sistema gastrointestinal têm grandes efeitos na saúde

As interações que ocorrem entre as espécies de micróbios que vivem no sistema gastrointestinal muitas vezes têm efeitos grandes e imprevisíveis na saúde, de acordo com o novo trabalho de uma equipe liderada por Will Ludington, da Carnegie. Suas descobertas são publicadas esta semana no Anais da Academia Nacional de Ciências .

p O microbioma intestinal é um ecossistema de centenas a milhares de espécies microbianas que vivem dentro do corpo humano. A grande diversidade dentro do intestino humano apresenta um desafio para catalogar e compreender o efeito que essas comunidades têm em nossa saúde.

p Os biólogos estão particularmente interessados ​​em determinar se o microbioma como um todo é ou não maior do que a soma de suas partes. Em outras palavras, em que medida as espécies individuais influenciam nossa saúde e fisiologia, e em que grau esses impactos são determinados pelas interações entre as espécies presentes em nossos microbiomas?

p Ludington e sua equipe - incluindo a bióloga molecular Alison Gould, Vivian Zhang, e Benjamin Obadia, da University of California Berkeley; os físicos Eric Jones e Jean Carlson, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara; e os matemáticos Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis, e Niko Beerenwinkel da ETH Zurich e Alex Gavryushkin da Universidade de Otago - usaram o microbioma naturalmente simples das moscas da fruta para revelar de forma abrangente o ecossistema intestinal. A equipe descobriu que as interações entre as espécies no microbioma intestinal afetam a saúde e até a longevidade das moscas.

p "A maneira clássica como pensamos sobre as espécies bacterianas é em um contexto preto e branco como agentes de doenças - ou você tem, ou você não, - disse Ludington. - Nosso trabalho mostra que esse não é o caso do microbioma. Os efeitos de uma determinada espécie dependem do contexto em que outras espécies também estão presentes. "

p Já se sabe há muito tempo, a partir de estudos com moscas-das-frutas, que as populações de bactérias intestinais podem afetar o desenvolvimento de seu hospedeiro, fertilidade, e longevidade. Em 1927, Helen Steinfeld, da UC Berkeley, descobriu que, simplesmente removendo as bactérias intestinais das moscas-das-frutas de seu laboratório, ela poderia estender sua expectativa de vida em 14 por cento.

p A equipe de Ludington repetiu o experimento e encontrou uma extensão de vida útil de 23% semelhante ao remover os microbiomas específicos de suas moscas. Mas não estava claro para eles quanto dessa influência era devido às espécies individuais que estavam presentes e quanto era devido à sua ecologia microbiana geral.

p Ludington e sua equipe desenvolveram o trabalho de Steinfeld para dissecar o microbioma intestinal da mosca-das-frutas e entender melhor como esses microrganismos moldam a vida de seus insetos hospedeiros.

p Eles desenvolveram um sistema para mapear todas as possíveis interações entre as cinco espécies de bactérias encontradas no intestino da mosca, a fim de ver como elas afetam o desenvolvimento de um inseto, produção de descendentes, e vida útil, que se combinam para determinar sua adequação. A análise das interações exigiu o desenvolvimento de novas abordagens matemáticas, que são baseados na geometria de um cubo de cinco dimensões, onde cada espécie é uma nova dimensão.

p A equipe descobriu que as interações que ocorrem entre as populações microbianas são tão importantes para a fisiologia da mosca quanto quais espécies individuais estão presentes. Em termos de mudança de 23 por cento na expectativa de vida, espécies individuais podem ser responsáveis ​​por apenas um quarto do efeito, enquanto as interações respondem pelo resto. Essas interações são altamente influentes para alguns, mas nem todos, dos fatores que determinam a probabilidade de uma mosca passar seu material genético para uma nova geração.

p "Ao examinarmos o total do que chamamos de aptidão de uma mosca - suas chances de sobreviver e criar descendentes - descobrimos que havia uma compensação entre ter uma vida curta com muitos descendentes, versus ter uma longa vida útil com poucos filhos, "Ludington explicou." Essa troca era mediada por interações do microbioma. Isso significa que se quisermos entender como o microbioma afeta nossa saúde, precisamos desenvolver uma compreensão preditiva de como as combinações de bactérias afetam o hospedeiro, não apenas as espécies individuais. "

p Adicionalmente, as ferramentas de medição e análise desenvolvidas para este projeto de pesquisa demonstram que a mosca da fruta é um bom modelo para a compreensão de interações mais complexas do microbioma em humanos e outros animais, que será importante para trabalhos futuros.

• Novo método pode levar a uma melhor compreensão das interações complexas entre os micróbios do intestino humano
• Etnia pode ser um indicador confiável da diversidade da microbiota intestinal