Os genes do seu colega de quarto podem moldar as bactérias intestinais

Examinando mais de quatro mil ratos, os investigadores descobriram que a composição do microbioma intestinal é influenciada não só pela composição genética do próprio indivíduo, mas também pelos genes dos animais com quem partilham o seu espaço de vida.

Os resultados sugerem uma nova maneira de vincular a genética e as interações sociais. Alguns micróbios intestinais comensais podem ser transferidos entre indivíduos através de contato próximo. Embora os próprios genes existam, os micróbios não. Estudos demonstraram que certos genes promovem o crescimento de certas bactérias intestinais e que as bactérias podem se espalhar socialmente.

“Não é magia, mas o resultado de influências genéticas que se espalham para outras pessoas através de interações sociais. Os genes moldam o microbioma intestinal e descobrimos que não são apenas os nossos próprios genes que importam”, disse a Dra. Amelie Baud, investigadora do Centro de Regulação Genómica de Barcelona e autora sénior do estudo.

Três novos genes ligados à linha germinativa identificados em ratos

O microbioma intestinal consiste em trilhões de microrganismos que vivem no trato digestivo, onde desempenham um papel importante na digestão e na saúde geral. Sabe-se que a dieta e os medicamentos influenciam fortemente estas comunidades microbianas, mas compreender como a genética contribui é muito mais desafiador.

Nos seres humanos, os investigadores ligaram de forma confiável apenas dois genes às bactérias intestinais. O gene da lactase determina se os adultos podem digerir o leite e afeta os micróbios que digerem o leite. Os genes do grupo sanguíneo ABO também afetam as bactérias intestinais, embora o mecanismo exato permaneça obscuro.

Os cientistas acreditam que provavelmente existem ligações adicionais entre genes e germes, mas prová-las é difícil porque factores genéticos e ambientais se sobrepõem na vida quotidiana. Os genes podem moldar as escolhas alimentares e de estilo de vida, que afetam o microbioma intestinal. Ao mesmo tempo, a família e os amigos partilham frequentemente comida, abrigo e germes, tornando difícil separar a natureza da criação.

Para superar esses desafios, pesquisadores do Centro de Regulação Genômica e da Universidade da Califórnia em San Diego recorreram aos ratos. Os ratos partilham muitos aspectos-chave da biologia dos mamíferos e podem ser cultivados sob condições rigorosamente controladas com dietas idênticas.

Cada rato no estudo era geneticamente único e pertencia a uma das quatro coortes distintas. Esses grupos foram alojados em diferentes instalações nos Estados Unidos e seguiram diferentes rotinas de cuidados, o que permitiu aos pesquisadores testar se as influências genéticas eram consistentes em todos os ambientes.

Ao combinar os dados genéticos com os perfis do microbioma de todos os 4.000 ratos, a equipe identificou três regiões genéticas que afetaram consistentemente as bactérias intestinais nas quatro coortes.

A associação mais forte envolveu o gene St6galnac1, que adiciona moléculas de açúcar ao revestimento da mucosa intestinal. Este gene foi associado a altos níveis de ParaprevotellaAcredita-se que uma bactéria se alimente desses carboidratos. Essa conexão apareceu em todos os grupos.

Uma segunda região genética incluía vários genes de mucina que ajudam a formar a camada protetora de muco do intestino e foi associada a bactérias do grupo Firmicutes. Uma terceira região contém o gene pip, que produz uma molécula antibacteriana e foi ligada a bactérias dela. Muribaculáceas Esta família de bactérias é comum em roedores e também encontrada em humanos.

Os genes podem ter efeitos sociais

A grande escala do estudo permitiu aos investigadores estimar, pela primeira vez, quanto do microbioma de um rato foi moldado pelos seus próprios genes versus os genes dos ratos com quem vivia.

Um exemplo familiar deste conceito, conhecido como efeitos genéticos indirectos, ocorre quando os genes da mãe influenciam o crescimento ou o sistema imunitário da sua descendência através do ambiente que ela proporciona.

Neste estudo, o estilo de vida controlado permitiu examinar as influências genéticas indiretas num novo contexto. Os investigadores desenvolveram um modelo computacional para separar a influência dos genes do próprio rato nos seus micróbios intestinais da influência dos seus parceiros sociais.

Nisso eles encontraram uma abundância de alguns Muribaculáceas As bactérias foram moldadas por influências genéticas diretas e indiretas. Isto sugere que certas influências genéticas podem espalhar-se socialmente através da troca de germes.

Quando estas influências sociais foram adicionadas a um modelo estatístico, a influência genética global nas três ligações gene-germe recentemente identificadas aumentou de quatro a oito vezes. Os investigadores alertam que isto ainda pode subestimar a verdadeira extensão da influência genética.

“Provavelmente descobrimos apenas a ponta do iceberg”, disse Baud. “Estas são as bactérias onde o sinal é mais forte, mas muito mais micróbios poderiam ser afetados se tivéssemos melhores métodos de perfil do microbioma”.

As descobertas descrevem um processo no qual as influências genéticas de um indivíduo podem se espalhar através de grupos sociais através de micróbios intestinais, enquanto a biologia de outros pode mudar sem alterar o seu DNA.

Se processos semelhantes ocorrerem em humanos, e dadas as evidências crescentes de que o microbioma intestinal desempenha um papel importante na saúde, grandes estudos populacionais poderão subestimar as influências genéticas na saúde humana. Os genes podem moldar não apenas o risco de doença de um indivíduo, mas também o risco de doença das pessoas ao seu redor.

O que as descobertas podem significar para a saúde humana

De acordo com o Dr. Baud, o microbioma tem sido associado à função imunológica, ao metabolismo e ao comportamento. No entanto, muitas associações relatadas não reflectem necessariamente causa e efeito, e os mecanismos biológicos são muitas vezes pouco claros. Estudos genéticos utilizando modelos animais em ambientes controlados podem ajudar a ir além das correlações para explicações testáveis ​​de como os genes e os micróbios intestinais interagem na saúde.

Os pesquisadores observaram que o gene St6galnac1 de camundongo está funcionalmente relacionado ao gene humano ST6GAL1, que também foi ligado a Paraprevotella Em estudos anteriores. Isto sugere que a forma como os animais revestem a mucosa intestinal com açúcares pode ajudar a determinar quais os micróbios que prosperam no trato digestivo, representando potencialmente um processo partilhado entre as espécies.

A equipe também explorou como esse processo pode afetar doenças infecciosas como a Covid-19.

Outros estudos associaram o ST6GAL1 a infecções revolucionárias por SARS-CoV-2, onde indivíduos vacinados ainda são infectados. Paraprevotella Também foi demonstrado que desencadeia a quebra de enzimas digestivas que o vírus usa para entrar nas células hospedeiras. Com base nisso, os pesquisadores levantaram a hipótese de que alterações genéticas no ST6GAL1 poderiam afetar Paraprevotella níveis e, por sua vez, suscetibilidade à infecção viral.

Eles também sugerem uma possível ligação com a nefropatia por IgA, uma doença renal autoimune. Paraprevotella Pode alterar o IgA, um anticorpo que normalmente protege o intestino. Quando mutada, a IgA pode entrar na corrente sanguínea e formar coágulos que danificam os rins, uma característica definidora da nefropatia por IgA.

Em seguida, os pesquisadores planejam examinar de perto como o St6galnac1 o afeta Paraprevotella Nos ratos, essa relação desencadeia uma reação em cadeia no intestino e em todo o corpo.

“Agora estou obcecado por essas bactérias. Nossos resultados são apoiados por dados de quatro instalações independentes, o que significa que podemos estudá-las em qualquer novo ambiente. Elas são significativamente mais fortes do que a maioria das ligações hospedeiro-microbioma. Esta é uma oportunidade única”, concluiu o Dr.