25 agosto 2020

No microbioma, juntos são mais fortes

Como micróbios intestinais se alimentam para superar carências nutritivas, alterar o comportamento e a reprodução do hospedeiro.

No microbioma, juntos são mais fortes

Para estudar como o microbioma afeta o comportamento do hospedeiro, um grupo de investigadores do Centro Champalimaud, realizou um conjunto de experiências onde combinou o modelo animal da mosca da fruta com ferramentas de alta tecnologia para mostrar que duas bactérias intestinais estabelecem um tipo de metabolismo baseado em alimentação cruzada que lhes permite, por um lado, multiplicar-se em dietas que carecem dos nutrientes essenciais para o seu crescimento e, por outro, alterar o comportamento alimentar e a reprodução do hospedeiro. Os resultados revelam um mecanismo através do qual a combinação de certas bactérias pode aumentar a resiliência do microbioma face a perturbações dietéticas e mudanças na função cerebral.

A ingestão equilibrada de aminoácidos essenciais é fundamental para garantir o bem-estar e a saúde de todos os animais. Os aminoácidos essenciais são os blocos usados para a construção de proteínas, mas também influenciam a quantidade de descendência produzida e aquilo que os animais decidem comer. Curiosamente, investigadores do Centro Champalimaud já haviam demonstrado que o microbioma desempenha um importante papel em ditar como os aminoácidos afetam o cérebro. Mas o mais intrigante é o facto de que as bactérias só afetam as decisões do animal quando presentes em combinações específicas. Sabe-se que habitualmente o microbioma contém muitas espécies diferentes de bactérias, mas a razão pela qual diferentes tipos de bactérias são necessários para influenciar a função cerebral e alterar a fisiologia do hospedeiro permanece um mistério. Este é o puzzle que Carlos Ribeiro e a sua equipa do Centro Champalimaud se propuseram a resolver: "Estudar como as bactérias afetam a fisiologia do hospedeiro quando este é um organismo com um microbioma muito complexo torna-se uma tarefa extremamente difícil. É aqui que a mosca e seu microbioma menos complexo surge como uma ferramenta poderosa, uma vez que nos permite dissecar com precisão os mecanismos utilizados pela microbiota para alterar as decisões alimentares do hospedeiro.", destaca Sílvia Henriques, investigadora pós-doutorada e autora do artigo hoje publicado na revista Nature Communications.

Num estudo anteriormente publicado por cientistas do laboratório liderado por Carlos Ribeiro, investigador principal e autor do estudo, foi demonstrado que moscas privadas de um único aminoácido essencial desenvolvem um forte apetite por alimentos ricos em proteínas. Porém, nas moscas associadas a duas bactérias muito abundantes no microbioma (Acetobacter pomorum e Lactobacillus plantarum), a sua preferência para proteína foi drasticamente reduzida e passaram a preferir açúcar. "Curiosamente, a associação de moscas com qualquer uma destas bactérias não pode por si só reduzir o apetite por proteína. E foram estes os dados que nos trouxeram até ao estudo agora publicado onde nos focamos principalmente em entender por que é que estas duas bactérias em particular têm que estar presentes para haver uma mudança no comportamento alimentar da mosca." diz Carlos Ribeiro.

Estudos realizados por vários grupos que trabalham com o microbioma, incluindo o laboratório de Carlos Ribeiro, revelaram que para acontecer um efeito no comportamento do hospedeiro é normalmente necessária a presença de uma comunidade de bactérias, ao invés de bactérias isoladas - e isto deve-se provavelmente às substâncias específicas produzidas pelas bactérias, os chamados metabolitos. Os investigadores decidiram então medir as interações metabólicas estabelecidas entre as bactérias dentro do microbioma e mapear de que maneira bactérias específicas e os seus metabólitos afetam o animal.

Para isso, os autores deste estudo realizaram uma série de elegantes experiências. Para acompanhar as escolhas alimentares das moscas, os investigadores tiraram partido de um sensor desenvolvido no laboratório - o flyPAD - e utilizaram-no para medir com grande detalhe o padrão alimentar de cada mosca. De seguida, usaram mutantes bacterianos para compreender o impacto de funções específicas das células bacterianas no comportamento do hospedeiro. Finalmente, e em colaboração com investigadores da Universidade de Glasgow, usaram uma sofisticada técnica chamada "Isotope-resolved metabolomics", que lhes permitiu seguir os metabolitos trocados entre as duas diferentes bactérias.

“Descobrimos que as duas bactérias trocam metabolitos e que essa alimentação cruzada (sintrofia) permite que elas cresçam e atuem no animal, mesmo que as dietas não contenham os nutrientes que lhes são essenciais. Mais especificamente, percebemos que as bactérias de Lactobacillus produzem lactato, que é depois usado pelas Acetobacter para sintetizar aminoácidos e outros metabolitos. Estes são então usados pela Lactobacillus que não consegue sintetizá-los para continuar a produzir lactato. Além disso, estes aminoácidos bacterianos são muito provavelmente usados pelo animal para a produção de ovos. Mas o mais importante é que o lactato é também usado pela bactéria Acetobacter para mudar o comportamento da mosca.” explica Darshan Dhakan, investigador pós-doutorado e autor do estudo.

Ao estabelecer esta relação de alimentação cruzada, a comunidade bacteriana torna-se resiliente a mudanças drásticas na dieta, permitindo o seu crescimento no intestino de animais que ingerem dietas carentes em nutrientes essenciais à sua sobrevivência. Carlos Ribeiro acrescenta: "Sabe-se que a nossa dieta afeta tanto o microbioma como o cérebro. O que torna esta relação mais complicada é que o microbioma, por sua vez, afeta como a dieta nos afeta a nós e o que os animais decidem comer. Isto é por isso um quebra-cabeças muito complexo de resolver. Mas, combinando as tecnologias e um sistema experimental certos, podemos chegar ao cerne dos mecanismos através dos quais o microbioma interage com a nossa dieta para afetar o nosso cérebro e o nosso corpo. Acima de tudo mostrou-se neste estudo que certas associações de bactérias podem tornar o microbioma resiliente a perturbações na dieta, explicando assim por que alguns animais e pessoas podem ser mais sensíveis ao conteúdo nutricional dos alimentos do que outros. É também um belíssimo exemplo de como a natureza estabelece economias circulares onde nada é desperdiçado e todos ganham."

Em conclusão, este estudo surge como um exemplo importante de como os modelos animais podem ser usados para desvendar a influência da dieta no microbioma e para compreender as contribuições individuais das espécies bacterianas intestinais na função e comportamento do cérebro. "As metodologias utilizadas neste estudo permitem por um lado, identificar todas as interações metabólicas estabelecidas entre as bactérias e por outro, entender os mecanismos que levam o animal a alterar a decisão sobre o que vai comer e o funcionamento do cérebro. Estes conhecimentos são essenciais para a compreensão de mecanismos semelhantes em animais com microbiomas muito mais complexos, como é o caso dos humanos.", conclui Carlos Ribeiro.

Por Catarina Ramos, Coordenadora do Gabinete de Comunicação de Ciência da Fundação Champalimaud.

Publicado na ar magazine.