Uma equipa de investigadores da Universidade de Stanford construiu o primeiro modelo de microbioma sintético.
Este microbioma foi construído inteiramente de raiz e abrange mais de 100 espécies bacterianas diferentes.
Espera-se que revolucione a investigação microbiológica intestinal, oferecendo aos cientistas um modelo de trabalho consistente para experiências futuras.
Segundo o New Atlas, triliões de micróbios vivem dentro dos nossos intestinos. Talvez uma das descobertas mais significativas da ciência médica nas últimas décadas tenha sido o quão profundamente estes micróbios influenciam a saúde do ser humano no geral.
Desde a forma como os medicamentos funcionam no organismo, até modular o sistema imunitário, o microbioma intestinal desempenha um papel poderoso em todos os aspetos da saúde humana.
É também complexo para o domínio da mente. Não há duas pessoas que partilhem exatamente a mesma composição microbiana intestinal. E enquanto os investigadores se debruçam frequentemente sobre a forma como determinadas bactérias influenciam os mecanismos metabólicos, tem sido difícil traduzir estas descobertas em terapias clínicas reais para os seres humanos.
Michael Fischbach, autor correspondente do novo estudo publicado este mês na Cell, diz que a base para esta investigação foi a constatação de que a ciência precisa de algum tipo de modelo objetivo de microbioma intestinal para que os estudos possam compreender melhor que intervenções particulares conduzem a resultados benéficos para a saúde.
Fischbach acrescenta que havia dois fatores motivadores específicos subjacentes a esta investigação que se estendeu por mais de cinco anos.
“Primeiro, ficámos intrigados com as experiências em que uma amostra fecal humana (completa, indefinida) foi transplantada e um fenótipo apareceu para a prova . Fascinante mas difícil de descobrir que genes estão envolvidas”, explicou ele no Twitter.
“Segundo, estamos interessados na química do microbioma, com ênfase nos mecanismos”. Ficámos insatisfeitos com experiências em que colonizamos ratos com comunidades definidas mas incompletas (para testar o mecanismo de uma molécula), muitas vezes não conseguem recapitular a fisiologia normal”.
Assim, o primeiro passo foi o rastreio através de massas de investigação prévia de microbiomas humanos, para se chegar a uma lista restrita de bactérias mais prevalecentes encontradas na maioria das pessoas. A equipa de investigação pesquisou 104 espécies bacterianas e chamou a esta primeira iteração microbiológica hCom1.
Após o desenvolvimento individual de cada espécie bacteriana, e depois a mistura dos mesmos, os investigadores introduziram hCom1 em ratos sem germes, animais desenvolvidos para não alojar nenhum microbioma natural.
Incrivelmente, o hCom1 era um ecossistema microbiano estável quando transplantado para os ratos. Enquanto algumas espécies bacterianas se tornaram mais prevalecentes do que outras, as 100 espécies de animais encontraram um equilíbrio relativamente estável e verificou-se que os animais eram metabolicamente normais.
O passo seguinte foi preencher as lacunas bacterianas que a composição microbiana original provavelmente tinha. Para tal, os investigadores confrontaram os ratos hCom1 com uma amostra fecal humana. Com base numa teoria chamada resistência à colonização, os investigadores colocaram a hipótese de que quaisquer nichos bacterianos não preenchidos em hCom1 seriam preenchidos por estes novos invasores.
Mas Fischbach observou que nem todos pensavam que esta parte da experiência iria funcionar. Alguns acreditavam que a amostra fecal humana iria ultrapassar completamente esta comunidade artificial de bactérias que os investigadores tinham recolhido.
“As espécies bacterianas em hCom1 tinham vivido juntas apenas durante algumas semanas”, explicou Fischbach. “Aqui estávamos nós, introduzindo uma comunidade que tinha coexistido durante uma década. Algumas pessoas pensaram que iriam dizimar a nossa colónia”.
O desafio foi bem sucedido. Na maioria, a comunidade bacteriana reunida pelos investigadores resistiu à batalha com um microbioma humano.
Verificou-se que cerca de 20 novas espécies bacterianas tinham colonizado com sucesso o hCom1, e um pequeno punhado de bactérias previamente selecionadas morreu.
Por fim, os investigadores catalogaram 119 estirpes bacterianas, duplicando esta segunda geração do microbioma hCom2. Verificou-se que esta comunidade microbiana hCom2 funcionava tão eficazmente como qualquer composição microbiana geral em ratos.
“Os ratos colonizados por hCom2 parecem imunologicamente normais, têm metabolitos semelhantes derivados de micróbios, e exercem resistência à colonização contra E. coli”, disse Fischbach. “Há melhorias a fazer, mas pensamos que hCom2 — na sua forma atual— é um bom sistema modelo do microbioma”.
Fischbach e a sua equipa estão interessados em levar o seu modelo de microbioma ao maior número possível de investigadores. Acreditam que o impacto real deste trabalho virá da investigação de outros cientistas, permitindo, pela primeira vez, um modelo de microbioma consistente para estudos a desenvolver.
Mais adiante, os investigadores preveem um futuro em que os pacientes recebam transplantes de comunidades de bactérias. Trabalhando nesse sentido, Fischbach é diretor da Iniciativa de Terapias de Microbiologia de Stanford (MITI), recentemente fundada. A iniciativa irá melhorar os seus modelos microbiológicos.
