O microbioma intestinal, também conhecido como flora intestinal, desempenha um papel crucial na saúde humana. Esta vasta e em constante mudança comunidade microbiana é formada por inúmeras trocas químicas entre os próprios micróbios e entre os micróbios e o corpo humano. Para que essas interações funcionem, as bactérias intestinais devem ser capazes de detectar nutrientes e sinais químicos ao seu redor. Apesar da sua importância, os cientistas ainda sabem pouco sobre toda a gama de sinais que os receptores bacterianos podem reconhecer.
Uma questão fundamental permanece. Quais sinais químicos são mais importantes para bactérias intestinais boas?
Além dos patógenos na pesquisa em microbiologia
Até agora, muito do que os cientistas sabem sobre a detecção bacteriana veio de estudos de organismos modelo, especialmente bactérias causadoras de doenças. Muito menos atenção tem sido dada às bactérias comensais (microrganismos não patogênicos ou benéficos que vivem naturalmente no corpo humano). Esta lacuna faz com que os investigadores se perguntem que mensagens químicas estas bactérias úteis realmente detectam no seu ambiente.
Uma equipe de pesquisa internacional liderada por Victor Sourjik decidiu resolver este problema. A equipe incluiu cientistas do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, da Universidade de Ohio e da Universidade Philipps de Marburg. Seu trabalho se concentrou nos Clostridia, um grupo de bactérias móveis abundantes no intestino humano e conhecidas por apoiar a saúde intestinal.
Bactérias intestinais detectam vários nutrientes
Os pesquisadores descobriram que os receptores no microbioma intestinal humano reconhecem uma ampla gama de compostos metabólicos. Essas substâncias incluem os produtos de degradação de carboidratos, gorduras, proteínas, DNA e aminas. Através de uma triagem sistemática, a equipe também descobriu padrões claros. Diferentes tipos de sensores bacterianos apresentam preferências diferentes para determinadas classes de produtos químicos.
Esta descoberta sugere que as bactérias intestinais não respondem aleatoriamente ao seu ambiente, mas adaptam-se seletivamente a sinais metabólicos específicos.
O ácido láctico e o ácido fórmico destacam-se como sinais-chave
Ao combinar experimentos de laboratório com análises de bioinformática, os pesquisadores descobriram uma variedade de ligantes químicos que se ligam a receptores sensoriais que controlam o movimento bacteriano. Esses receptores ajudam as bactérias móveis a detectar nutrientes que são particularmente valiosos para o crescimento. Os resultados mostraram que o movimento dessas bactérias foi impulsionado principalmente pela busca por alimento.
De todos os produtos químicos testados, o lactato e o formato surgiram com maior frequência como irritantes. Isto sugere que estes compostos podem servir como uma fonte particularmente importante de nutrientes para as bactérias intestinais.
A alimentação cruzada apoia um microbioma saudável
Algumas bactérias intestinais podem produzir ácido láctico e ácido fórmico por conta própria, o que destaca a importância da “alimentação cruzada”. Durante esse processo, uma bactéria 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 intestinais e podem desempenhar um papel fundamental em um microbioma humano saudável”, explica Wenhao Xu, pesquisador de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Victor Sourjik e primeiro autor do estudo.
Descoberta de novos receptores sensoriais
Através da análise sistemática de múltiplos sensores, a equipe identificou vários conjuntos de domínios sensoriais até então desconhecidos. Esses sensores recém-caracterizados têm como alvo específico o lactato, o ácido dicarboxílico, o uracil (um bloco de construção do RNA) e os ácidos graxos de cadeia curta (SCFA).
Os pesquisadores também determinaram a estrutura cristalina do 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. Os sensores pertencem a uma grande família de domínios de detecção com múltiplas 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 ajustam as suas capacidades de detecção à medida que o seu ambiente muda.
“Nosso projeto de pesquisa expande significativamente a compreensão das capacidades sensoriais das bactérias intestinais benéficas”, diz Victor Sourjik. “Até onde sabemos, esta é a primeira análise sistemática das preferências sensoriais de bactérias não-modelo que colonizam um nicho ecológico específico. No futuro, nosso método pode ser aplicado de forma semelhante para estudar sistematicamente as preferências sensoriais em outros ecossistemas microbianos.”
