Os genes do seu colega de quarto podem estar moldando as bactérias intestinais

Ao examinar 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 os quais partilham o seu espaço de vida.

Essas descobertas apontam para uma nova maneira pela qual a genética e as interações sociais estão ligadas. Certos micróbios intestinais comensais podem mover-se entre indivíduos através de contato próximo. Embora os próprios genes permaneçam inalterados, os microrganismos não. A pesquisa mostra que alguns genes promovem o crescimento de bactérias intestinais específicas que podem ser transmitidas socialmente.

“Não é magia, é o resultado da influência genética que se espalha para outras pessoas através do contacto social. Os genes moldam o microbioma intestinal e descobrimos que não são apenas os nossos próprios genes que importam”, disse a Dra. Amélie Baude, investigadora do Centro de Regulação Genómica de Barcelona e autora sénior do estudo.

Três novas ligações genéticas microbianas descobertas em ratos

O microbioma intestinal é composto por trilhões de microrganismos que vivem no trato digestivo e 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 desempenha um papel é 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 microrganismos que digerem o leite. Os genes do grupo sanguíneo ABO também influenciam as bactérias intestinais, mas os mecanismos exatos permanecem obscuros.

Os cientistas acreditam que pode haver conexões microbianas genéticas adicionais, mas prová-las é difícil porque os fatores genéticos e ambientais se sobrepõem na vida cotidiana. Os genes podem influenciar as escolhas alimentares e de estilo de vida, que por sua vez influenciam o microbioma intestinal. Ao mesmo tempo, famílias e amigos partilham frequentemente alimentos, espaço vital e micróbios, tornando difícil separar a natureza da criação.

Para superar esses desafios, os pesquisadores do Centro de Regulação Genômica e da UC San Diego recorreram aos ratos. Os ratos partilham muitos aspectos-chave da biologia dos mamíferos e podem ser criados sob condições rigorosamente controladas, incluindo a mesma dieta.

Cada rato no estudo era geneticamente único e pertencia a um dos quatro grupos diferentes. As coortes foram alojadas em diferentes instalações nos Estados Unidos e seguiram diferentes rotinas de cuidados, permitindo aos investigadores testar se os efeitos genéticos eram consistentes em todos os locais.

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

A associação mais forte envolve o gene St6galnac1, que adiciona moléculas de açúcar ao revestimento do muco intestinal. Este gene está associado a níveis mais elevados de Paraprevotellaum tipo de bactéria que se acredita se alimentar desses açúcares. Essa conexão ocorre em todas as coortes.

A segunda região genética inclui vários genes para mucinas que ajudam a formar a camada protetora de muco intestinal e está relacionada à bactéria Firmicutes. A terceira região contém o gene Pip, que produz moléculas antibacterianas e está relacionado a bactérias de bactérias. Xiloáceas família. Essas bactérias são comuns em roedores e também encontradas em humanos.

Os genes podem ter impacto social

O estudo em larga escala permitiu aos investigadores estimar pela primeira vez quanto do microbioma de um rato é determinado pelos seus próprios genes e pelos dos ratos com quem vive.

Um exemplo comum desse conceito, denominado efeito genético indireto, ocorre quando os genes da mãe influenciam o crescimento ou o sistema imunológico da prole por meio do ambiente que ela proporciona.

Neste estudo, as condições de vida controladas permitiram examinar os efeitos genéticos indiretos num novo contexto. Os pesquisadores desenvolveram um modelo computacional para separar os efeitos dos genes do próprio rato sobre os micróbios intestinais daqueles dos seus parceiros sociais.

Eles descobriram que alguns abundantes Xiloáceas A formação bacteriana está sujeita a influências genéticas diretas e indiretas. Isto sugere que certos efeitos genéticos podem ser transmitidos socialmente através do intercâmbio microbiano.

Quando estas influências sociais foram adicionadas aos modelos estatísticos, a influência genética global nas três ligações gene-micróbio recentemente descobertas aumentou de quatro a oito vezes. Os investigadores alertam que isto ainda pode subestimar a verdadeira extensão da influência genética.

“Podemos ter descoberto apenas a ponta do iceberg”, disse Bauder. “Essas bactérias têm o sinal mais forte, mas assim que tivermos métodos melhores para analisar o microbioma, mais microrganismos poderão ser afetados”.

As descobertas descrevem um mecanismo pelo qual os efeitos genéticos de uma pessoa podem se espalhar através de grupos sociais através de micróbios intestinais, alterando a biologia de outras pessoas sem alterar o seu DNA.

Se processos semelhantes ocorrerem em humanos, e evidências crescentes sugerirem que o microbioma intestinal desempenha um papel importante na saúde, as influências genéticas na saúde humana podem ser subestimadas em grandes estudos populacionais. Os genes podem influenciar não apenas o risco de doença de um indivíduo, mas também o risco de doença daqueles que o rodeiam.

O que as descobertas significam para a saúde humana

O microbioma está ligado à função imunológica, ao metabolismo e ao comportamento, disse o Dr. Baud. No entanto, muitas associações relatadas não reflectem necessariamente a causa, 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 explicar de forma testável como os genes e os micróbios intestinais interagem na saúde.

Os pesquisadores apontaram que o gene de rato St6galnac1 está funcionalmente relacionado ao gene humano ST6GAL1, e o gene humano ST6GAL1 também está relacionado a Paraprevotella Em estudos anteriores. Isto sugere que a forma como os animais revestem o muco intestinal com açúcar pode ajudar a determinar quais os micróbios que prosperam nos seus sistemas digestivos e pode representar um mecanismo partilhado entre as espécies.

A equipe também explorou como esse mecanismo afeta doenças infecciosas como a COVID-19.

Outros estudos associaram o ST6GAL1 a infecções revolucionárias por SARS-CoV-2, nas quais os indivíduos vacinados permanecem infectados. Paraprevotella Também foi demonstrado que desencadeia a quebra de enzimas digestivas que os vírus usam para entrar nas células hospedeiras. Com base nisso, os pesquisadores especulam que a variação genética no ST6GAL1 pode afetar Paraprevotella níveis, afetando assim a suscetibilidade à infecção viral.

Eles também sugeriram uma possível ligação com a nefropatia por IgA, uma doença renal autoimune. Paraprevotella Pode alterar a IgA, um tipo de anticorpo que normalmente protege os intestinos. Quando a IgA muda, ela pode vazar para o sangue e formar aglomerados que danificam os rins, um sinal revelador de nefropatia por IgA.

A seguir, os pesquisadores planejam examinar mais de perto como o St6galnac1 afeta Paraprevotella em camundongos e quais efeitos em cascata essa relação desencadeia no intestino e em todo o corpo.

“Estou fascinado por esta bactéria neste momento. Nossos resultados são apoiados por dados de quatro instituições independentes, o que significa que podemos realizar estudos de acompanhamento em qualquer novo ambiente. Eles também são muito robustos em comparação com a maioria das associações hospedeiro-microbioma. Esta é uma oportunidade única”, concluiu o Dr.