O microbioma intestinal, também chamado de flora intestinal, desempenha um papel importante na saúde humana. Esta vasta e em constante mudança comunidade de microrganismos é moldada por inúmeras interações químicas, tanto entre micróbios como entre micróbios e o corpo humano. Para que esta interação funcione, as bactérias intestinais devem ser capazes de detectar nutrientes e sinais químicos ao seu redor. Apesar da sua importância, os cientistas ainda sabem relativamente pouco sobre toda a gama de sinais que os receptores bacterianos reconhecem.
Uma questão fundamental permanece. Quais sinais químicos são mais importantes para as bactérias intestinais benéficas?
Indo além dos patógenos na pesquisa em microbiologia
Até agora, a maior parte do que os cientistas entendem sobre a detecção bacteriana veio de estudos de organismos modelo, particularmente bactérias causadoras de doenças. Pouca atenção tem sido dada aos comensais, os micróbios não patogênicos ou benéficos que habitam naturalmente o corpo humano. Essa lacuna deixou os pesquisadores se perguntando que tipo de informação química essas bactérias úteis estão realmente detectando em seu ambiente.
Uma equipa de investigação internacional liderada por Viktor Sorzyk decidiu responder a essa questão. O grupo incluiu cientistas do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, da Universidade de Ohio e da Phillips-Universität Marburg. Seu trabalho se concentra nos Clostridia, um grupo de bactérias móveis encontradas abundantemente no intestino humano, conhecidas por apoiar a saúde intestinal.
As bactérias intestinais detectam uma ampla gama de nutrientes
Os pesquisadores descobriram que os receptores do microbioma intestinal humano podem reconhecer uma gama surpreendentemente ampla de compostos metabólicos. Essas substâncias incluem produtos de degradação de carboidratos, gorduras, proteínas, DNA e aminas. Através de uma triagem sistemática, a equipe também identificou padrões claros. Diferentes tipos de sensores bacterianos mostram preferências distintas para determinadas classes de produtos químicos.
Esta descoberta revelou que as bactérias intestinais não respondem aleatoriamente ao seu ambiente, mas estão sintonizadas selectivamente para sinais metabólicos específicos.
Lactato e formato destacam-se como sinais-chave
Ao combinar experiências laboratoriais com análises bioinformáticas, os investigadores identificaram vários ligandos químicos que se ligam a receptores sensoriais que regulam o movimento bacteriano. Esses receptores ajudam as bactérias móveis a detectar nutrientes que são particularmente valiosos para o crescimento. Os resultados sugerem que o movimento dessas bactérias é impulsionado principalmente pela busca por alimento.
De todos os produtos químicos testados, o ácido láctico (lactato) e o ácido fórmico (formato) apareceram com maior frequência como estimulantes. Isto sugere que estes compostos podem servir como fontes de nutrientes particularmente importantes para as bactérias intestinais.
A alimentação cruzada apoia um microbioma saudável
Algumas bactérias intestinais podem produzir lactato e formar-se, destacando a importância da “alimentação cruzada”. Nesse processo, uma espécie bacteriana libera metabólitos que outras espécies utilizam como alimento. Esta cooperação ajuda a estabilizar o ecossistema intestinal.
“Esses domínios parecem ser importantes para as interações entre bactérias no intestino e podem desempenhar um papel importante no microbioma humano saudável”, explica Wenhao Xu, pesquisador de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Viktor Sorzyk e primeiro autor do estudo.
Descoberta de novos receptores sensoriais
Através de uma análise sistemática de múltiplos sensores, a equipe identificou vários grupos de domínios sensoriais até então desconhecidos. Esses sensores recém-caracterizados são específicos para lactato, ácidos dicarboxílicos, uracila (um bloco de construção de RNA) e ácidos graxos de cadeia curta (SCFA).
Os pesquisadores também determinaram a estrutura cristalina de um sensor duplo recém-descoberto que responde tanto ao uracil quanto ao acetato. Isto permitiu-lhes compreender como estas moléculas se ligam ao sensor a nível molecular. O sensor pertence a uma grande família de domínios sensoriais com diferentes funções.
A evolução mostra flexibilidade notável
Ao examinar a relação evolutiva entre os sensores de uracila e os domínios sensoriais relacionados, a equipe descobriu que a especificidade do ligante pode mudar com relativa facilidade ao longo do tempo. Esta flexibilidade ajuda a explicar como as bactérias adaptam as suas capacidades sensoriais à medida que o seu ambiente muda.
“Nosso projeto de pesquisa expandiu significativamente a compreensão das capacidades sensoriais das bactérias intestinais benéficas”, diz Viktor Sorgic. “Até onde sabemos, esta é a primeira análise sistemática das preferências sensoriais de bactérias não-modelo que colonizam um nicho ecológico específico. Olhando para o futuro, nossa abordagem pode ser aplicada de forma semelhante para investigar sistematicamente as preferências sensoriais de outros ecossistemas microbianos.”
